JP2022093625A - 符号化装置、復号装置、符号化方法、及び復号方法 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、後述する本開示の各態様で説明する処理および/または構成を適用可能な符号化装置および復号化装置の一例として、実施の形態1の概要を説明する。ただし、実施の形態1は、本開示の各態様で説明する処理および/または構成を適用可能な符号化装置および復号化装置の一例にすぎず、本開示の各態様で説明する処理および/または構成は、実施の形態1とは異なる符号化装置および復号化装置においても実施可能である。
(2)実施の形態1の符号化装置または復号化装置に対して、当該符号化装置または復号化装置を構成する複数の構成要素のうち一部の構成要素について機能または実施する処理の追加、置き換え、削除などの任意の変更を施した上で、本開示の各態様で説明する構成要素に対応する構成要素を、本開示の各態様で説明する構成要素に置き換えること
(3)実施の形態1の符号化装置または復号化装置が実施する方法に対して、処理の追加、および/または当該方法に含まれる複数の処理のうちの一部の処理について置き換え、削除などの任意の変更を施した上で、本開示の各態様で説明する処理に対応する処理を、本開示の各態様で説明する処理に置き換えること
(4)実施の形態1の符号化装置または復号化装置を構成する複数の構成要素のうちの一部の構成要素を、本開示の各態様で説明する構成要素、本開示の各態様で説明する構成要素が備える機能の一部を備える構成要素、または本開示の各態様で説明する構成要素が実施する処理の一部を実施する構成要素と組み合わせて実施すること
(5)実施の形態1の符号化装置または復号化装置を構成する複数の構成要素のうちの一部の構成要素が備える機能の一部を備える構成要素、または実施の形態1の符号化装置または復号化装置を構成する複数の構成要素のうちの一部の構成要素が実施する処理の一部を実施する構成要素を、本開示の各態様で説明する構成要素、本開示の各態様で説明する構成要素が備える機能の一部を備える構成要素、または本開示の各態様で説明する構成要素が実施する処理の一部を実施する構成要素と組み合わせて実施すること
(6)実施の形態1の符号化装置または復号化装置が実施する方法に対して、当該方法に含まれる複数の処理のうち、本開示の各態様で説明する処理に対応する処理を、本開示の各態様で説明する処理に置き換えること
(7)実施の形態1の符号化装置または復号化装置が実施する方法に含まれる複数の処理のうちの一部の処理を、本開示の各態様で説明する処理と組み合わせて実施すること
なお、本開示の各態様で説明する処理および/または構成の実施の仕方は、上記の例に限定されるものではない。例えば、実施の形態1において開示する動画像/画像符号化装置または動画像/画像復号化装置とは異なる目的で利用される装置において実施されてもよいし、各態様において説明した処理および/または構成を単独で実施してもよい。また、異なる態様において説明した処理および/または構成を組み合わせて実施してもよい。
まず、実施の形態1に係る符号化装置の概要を説明する。図1は、実施の形態1に係る符号化装置100の機能構成を示すブロック図である。符号化装置100は、動画像/画像をブロック単位で符号化する動画像/画像符号化装置である。
分割部102は、入力動画像に含まれる各ピクチャを複数のブロックに分割し、各ブロックを減算部104に出力する。例えば、分割部102は、まず、ピクチャを固定サイズ(例えば128x128)のブロックに分割する。この固定サイズのブロックは、符号化ツリーユニット(CTU)と呼ばれることがある。そして、分割部102は、再帰的な四分木(quadtree)及び/又は二分木(binary tree)ブロック分割に基づいて、固定サイズのブロックの各々を可変サイズ(例えば64x64以下)のブロックに分割する。この可変サイズのブロックは、符号化ユニット(CU)、予測ユニット(PU)あるいは変換ユニット(TU)と呼ばれることがある。なお、本実施の形態では、CU、PU及びTUは区別される必要はなく、ピクチャ内の一部又はすべてのブロックがCU、PU、TUの処理単位となってもよい。
減算部104は、分割部102によって分割されたブロック単位で原信号(原サンプル)から予測信号(予測サンプル)を減算する。つまり、減算部104は、符号化対象ブロック(以下、カレントブロックという)の予測誤差(残差ともいう)を算出する。そして、減算部104は、算出された予測誤差を変換部106に出力する。
変換部106は、空間領域の予測誤差を周波数領域の変換係数に変換し、変換係数を量子化部108に出力する。具体的には、変換部106は、例えば空間領域の予測誤差に対して予め定められた離散コサイン変換(DCT)又は離散サイン変換(DST)を行う。
量子化部108は、変換部106から出力された変換係数を量子化する。具体的には、量子化部108は、カレントブロックの変換係数を所定の走査順序で走査し、走査された変換係数に対応する量子化パラメータ(QP)に基づいて当該変換係数を量子化する。そして、量子化部108は、カレントブロックの量子化された変換係数(以下、量子化係数という)をエントロピー符号化部110及び逆量子化部112に出力する。
エントロピー符号化部110は、量子化部108から入力である量子化係数を可変長符号化することにより符号化信号(符号化ビットストリーム)を生成する。具体的には、エントロピー符号化部110は、例えば、量子化係数を二値化し、二値信号を算術符号化する。
逆量子化部112は、量子化部108からの入力である量子化係数を逆量子化する。具体的には、逆量子化部112は、カレントブロックの量子化係数を所定の走査順序で逆量子化する。そして、逆量子化部112は、カレントブロックの逆量子化された変換係数を逆変換部114に出力する。
逆変換部114は、逆量子化部112からの入力である変換係数を逆変換することにより予測誤差を復元する。具体的には、逆変換部114は、変換係数に対して、変換部106による変換に対応する逆変換を行うことにより、カレントブロックの予測誤差を復元する。そして、逆変換部114は、復元された予測誤差を加算部116に出力する。
加算部116は、逆変換部114からの入力である予測誤差と予測制御部128からの入力である予測サンプルとを加算することによりカレントブロックを再構成する。そして、加算部116は、再構成されたブロックをブロックメモリ118及びループフィルタ部120に出力する。再構成ブロックは、ローカル復号ブロックと呼ばれることもある。
ブロックメモリ118は、イントラ予測で参照されるブロックであって符号化対象ピクチャ(以下、カレントピクチャという)内のブロックを格納するための記憶部である。具体的には、ブロックメモリ118は、加算部116から出力された再構成ブロックを格納する。
ループフィルタ部120は、加算部116によって再構成されたブロックにループフィルタを施し、フィルタされた再構成ブロックをフレームメモリ122に出力する。ループフィルタとは、符号化ループ内で用いられるフィルタ(インループフィルタ)であり、例えば、デブロッキング・フィルタ(DF)、サンプルアダプティブオフセット(SAO)及びアダプティブループフィルタ(ALF)などを含む。
フレームメモリ122は、インター予測に用いられる参照ピクチャを格納するための記憶部であり、フレームバッファと呼ばれることもある。具体的には、フレームメモリ122は、ループフィルタ部120によってフィルタされた再構成ブロックを格納する。
イントラ予測部124は、ブロックメモリ118に格納されたカレントピクチャ内のブロックを参照してカレントブロックのイントラ予測(画面内予測ともいう)を行うことで、予測信号(イントラ予測信号)を生成する。具体的には、イントラ予測部124は、カレントブロックに隣接するブロックのサンプル(例えば輝度値、色差値)を参照してイントラ予測を行うことでイントラ予測信号を生成し、イントラ予測信号を予測制御部128に出力する。
インター予測部126は、フレームメモリ122に格納された参照ピクチャであってカレントピクチャとは異なる参照ピクチャを参照してカレントブロックのインター予測(画面間予測ともいう)を行うことで、予測信号(インター予測信号)を生成する。インター予測は、カレントブロック又はカレントブロック内のサブブロック(例えば4x4ブロック)の単位で行われる。例えば、インター予測部126は、カレントブロック又はサブブロックについて参照ピクチャ内で動き探索(motion estimation)を行う。そして、インター予測部126は、動き探索により得られた動き情報(例えば動きベクトル)を用いて動き補償を行うことでカレントブロック又はサブブロックのインター予測信号を生成する。そして、インター予測部126は、生成されたインター予測信号を予測制御部128に出力する。
予測制御部128は、イントラ予測信号及びインター予測信号のいずれかを選択し、選択した信号を予測信号として減算部104及び加算部116に出力する。
次に、上記の符号化装置100から出力された符号化信号(符号化ビットストリーム)を復号可能な復号装置の概要について説明する。図10は、実施の形態1に係る復号装置200の機能構成を示すブロック図である。復号装置200は、動画像/画像をブロック単位で復号する動画像/画像復号装置である。
エントロピー復号部202は、符号化ビットストリームをエントロピー復号する。具体的には、エントロピー復号部202は、例えば、符号化ビットストリームから二値信号に算術復号する。そして、エントロピー復号部202は、二値信号を多値化(debinarize)する。これにより、エントロピー復号部202は、ブロック単位で量子化係数を逆量子化部204に出力する。
逆量子化部204は、エントロピー復号部202からの入力である復号対象ブロック(以下、カレントブロックという)の量子化係数を逆量子化する。具体的には、逆量子化部204は、カレントブロックの量子化係数の各々について、当該量子化係数に対応する量子化パラメータに基づいて当該量子化係数を逆量子化する。そして、逆量子化部204は、カレントブロックの逆量子化された量子化係数(つまり変換係数)を逆変換部206に出力する。
逆変換部206は、逆量子化部204からの入力である変換係数を逆変換することにより予測誤差を復元する。
加算部208は、逆変換部206からの入力である予測誤差と予測制御部220からの入力である予測サンプルとを加算することによりカレントブロックを再構成する。そして、加算部208は、再構成されたブロックをブロックメモリ210及びループフィルタ部212に出力する。
ブロックメモリ210は、イントラ予測で参照されるブロックであって復号対象ピクチャ(以下、カレントピクチャという)内のブロックを格納するための記憶部である。具体的には、ブロックメモリ210は、加算部208から出力された再構成ブロックを格納する。
ループフィルタ部212は、加算部208によって再構成されたブロックにループフィルタを施し、フィルタされた再構成ブロックをフレームメモリ214及び表示装置等に出力する。
フレームメモリ214は、インター予測に用いられる参照ピクチャを格納するための記憶部であり、フレームバッファと呼ばれることもある。具体的には、フレームメモリ214は、ループフィルタ部212によってフィルタされた再構成ブロックを格納する。
イントラ予測部216は、符号化ビットストリームから読み解かれたイントラ予測モードに基づいて、ブロックメモリ210に格納されたカレントピクチャ内のブロックを参照してイントラ予測を行うことで、予測信号(イントラ予測信号)を生成する。具体的には、イントラ予測部216は、カレントブロックに隣接するブロックのサンプル(例えば輝度値、色差値)を参照してイントラ予測を行うことでイントラ予測信号を生成し、イントラ予測信号を予測制御部220に出力する。
インター予測部218は、フレームメモリ214に格納された参照ピクチャを参照して、カレントブロックを予測する。予測は、カレントブロック又はカレントブロック内のサブブロック(例えば4x4ブロック)の単位で行われる。例えば、インター予測部218は、符号化ビットストリームから読み解かれた動き情報(例えば動きベクトル)を用いて動き補償を行うことでカレントブロック又はサブブロックのインター予測信号を生成し、インター予測信号を予測制御部220に出力する。
予測制御部220は、イントラ予測信号及びインター予測信号のいずれかを選択し、選択した信号を予測信号として加算部208に出力する。
本実施の形態に係る画面間予測処理について説明する前に、本実施の形態の手法を用いない場合の画面間予測処理の例について説明する。
本実施の形態に係るインター予測部126により画面間予測処理について説明する。インター予測部126は、画面間予測処理において、通常画面間予測方式と、FRUC方式との、少なくとも2種類の動きベクトル導出方式を実行可能である。通常画面間予測方式では、処理対象ブロックの動きベクトルに関する情報がストリームに符号化される。FRUC方式では、処理対象ブロックの動きベクトルに関する情報はストリームに符号化されず、符号化側と復号化側とで共通の方法で、処理済み領域の再構成画像及び処理済み参照ピクチャを用いて動きベクトルが導出される。
以下、本実施の形態に係る画面間予測処理の変形例について説明する。図14は、本実施の形態の変形例に係る動画像符号化方法及び動画像復号化方法における画面間予測処理のフローチャートである。図14に示す処理は、画面間予測処理の処理単位である予測ブロック単位で繰り返し行われる。
以下、テンプレートFRUC方式又はバイラテラルFRUC方式に従って動きベクトルを導出する方法を説明する。ブロック単位の動きベクトルを導出する方法と、サブブロック単位の動きベクトルを導出する方法とは、基本的に同じである。下記の説明では、ブロックの動きベクトルを導出する方法、及び、サブブロックの動きベクトルを導出する方法を処理対象領域の動きベクトルを導出する方法として説明する。
図19は、符号化装置100及び復号装置200におけるBIO処理を示す概念図である。BIO処理では、処理対象ブロックの動きベクトルを用いて処理対象ブロックの動き補償を行うことにより得られる画像における輝度の空間的な勾配を参照して、処理対象ブロックの予測画像が生成される。
図21は、実施の形態1に係る符号化装置100の実装例を示すブロック図である。符号化装置100は、回路160及びメモリ162を備える。例えば、図1及び図11に示された符号化装置100の複数の構成要素は、図21に示された回路160及びメモリ162によって実装される。
図22は、実施の形態1に係る復号装置200の実装例を示すブロック図である。復号装置200は、回路260及びメモリ262を備える。例えば、図10及び図12に示された復号装置200の複数の構成要素は、図22に示された回路260及びメモリ262によって実装される。
また、本実施の形態における符号化装置100及び復号装置200は、それぞれ、画像符号化装置及び画像復号装置として利用されてもよいし、動画像符号化装置及び動画像復号装置として利用されてもよい。あるいは、符号化装置100及び復号装置200は、それぞれ、インター予測装置(画面間予測装置)として利用され得る。
以上の各実施の形態において、機能ブロックの各々は、通常、MPU及びメモリ等によって実現可能である。また、機能ブロックの各々による処理は、通常、プロセッサなどのプログラム実行部が、ROM等の記録媒体に記録されたソフトウェア(プログラム)を読み出して実行することで実現される。当該ソフトウェアはダウンロード等により配布されてもよいし、半導体メモリなどの記録媒体に記録して配布されてもよい。なお、各機能ブロックをハードウェア(専用回路)によって実現することも、当然、可能である。
図23は、コンテンツ配信サービスを実現するコンテンツ供給システムex100の全体構成を示す図である。通信サービスの提供エリアを所望の大きさに分割し、各セル内にそれぞれ固定無線局である基地局ex106、ex107、ex108、ex109、ex110が設置されている。
また、ストリーミングサーバex103は複数のサーバ又は複数のコンピュータであって、データを分散して処理したり記録したり配信するものであってもよい。例えば、ストリーミングサーバex103は、CDN(Contents Delivery Network)により実現され、世界中に分散された多数のエッジサーバとエッジサーバ間をつなぐネットワークによりコンテンツ配信が実現されていてもよい。CDNでは、クライアントに応じて物理的に近いエッジサーバが動的に割り当てられる。そして、当該エッジサーバにコンテンツがキャッシュ及び配信されることで遅延を減らすことができる。また、何らかのエラーが発生した場合又はトラフィックの増加などにより通信状態が変わる場合に複数のエッジサーバで処理を分散したり、他のエッジサーバに配信主体を切り替えたり、障害が生じたネットワークの部分を迂回して配信を続けることができるので、高速かつ安定した配信が実現できる。
近年では、互いにほぼ同期した複数のカメラex113及び/又はスマートフォンex115などの端末により撮影された異なるシーン、又は、同一シーンを異なるアングルから撮影した画像或いは映像を統合して利用することも増えてきている。各端末で撮影した映像は、別途取得した端末間の相対的な位置関係、又は、映像に含まれる特徴点が一致する領域などに基づいて統合される。
コンテンツの切り替えに関して、図24に示す、上記各実施の形態で示した動画像符号化方法を応用して圧縮符号化されたスケーラブルなストリームを用いて説明する。サーバは、個別のストリームとして内容は同じで質の異なるストリームを複数有していても構わないが、図示するようにレイヤに分けて符号化を行うことで実現される時間的/空間的スケーラブルなストリームの特徴を活かして、コンテンツを切り替える構成であってもよい。つまり、復号側が性能という内的要因と通信帯域の状態などの外的要因とに応じてどのレイヤまで復号するかを決定することで、復号側は、低解像度のコンテンツと高解像度のコンテンツとを自由に切り替えて復号できる。例えば移動中にスマートフォンex115で視聴していた映像の続きを、帰宅後にインターネットTV等の機器で視聴したい場合には、当該機器は、同じストリームを異なるレイヤまで復号すればよいので、サーバ側の負担を軽減できる。
図26は、コンピュータex111等におけるwebページの表示画面例を示す図である。図27は、スマートフォンex115等におけるwebページの表示画面例を示す図である。図26及び図27に示すようにwebページが、画像コンテンツへのリンクであるリンク画像を複数含む場合があり、閲覧するデバイスによってその見え方は異なる。画面上に複数のリンク画像が見える場合には、ユーザが明示的にリンク画像を選択するまで、又は画面の中央付近にリンク画像が近付く或いはリンク画像の全体が画面内に入るまでは、表示装置(復号装置)は、リンク画像として各コンテンツが有する静止画又はIピクチャを表示したり、複数の静止画又はIピクチャ等でgifアニメのような映像を表示したり、ベースレイヤのみ受信して映像を復号及び表示したりする。
また、車の自動走行又は走行支援のため2次元又は3次元の地図情報などの静止画又は映像データを送受信する場合、受信端末は、1以上のレイヤに属する画像データに加えて、メタ情報として天候又は工事の情報なども受信し、これらを対応付けて復号してもよい。なお、メタ情報は、レイヤに属してもよいし、単に画像データと多重化されてもよい。
また、コンテンツ供給システムex100では、映像配信業者による高画質で長時間のコンテンツのみならず、個人による低画質で短時間のコンテンツのユニキャスト、又はマルチキャスト配信が可能である。また、このような個人のコンテンツは今後も増加していくと考えられる。個人コンテンツをより優れたコンテンツにするために、サーバは、編集処理を行ってから符号化処理を行ってもよい。これは例えば、以下のような構成で実現できる。
また、これらの符号化又は復号処理は、一般的に各端末が有するLSIex500において処理される。LSIex500は、ワンチップであっても複数チップからなる構成であってもよい。なお、動画像符号化又は復号用のソフトウェアをコンピュータex111等で読み取り可能な何らかの記録メディア(CD-ROM、フレキシブルディスク、又はハードディスクなど)に組み込み、そのソフトウェアを用いて符号化又は復号処理を行ってもよい。さらに、スマートフォンex115がカメラ付きである場合には、そのカメラで取得した動画データを送信してもよい。このときの動画データはスマートフォンex115が有するLSIex500で符号化処理されたデータである。
図28は、スマートフォンex115を示す図である。また、図29は、スマートフォンex115の構成例を示す図である。スマートフォンex115は、基地局ex110との間で電波を送受信するためのアンテナex450と、映像及び静止画を撮ることが可能なカメラ部ex465と、カメラ部ex465で撮像した映像、及びアンテナex450で受信した映像等が復号されたデータを表示する表示部ex458とを備える。スマートフォンex115は、さらに、タッチパネル等である操作部ex466と、音声又は音響を出力するためのスピーカ等である音声出力部ex457と、音声を入力するためのマイク等である音声入力部ex456と、撮影した映像或いは静止画、録音した音声、受信した映像或いは静止画、メール等の符号化されたデータ、又は、復号化されたデータを保存可能なメモリ部ex467と、ユーザを特定し、ネットワークをはじめ各種データへのアクセスの認証をするためのSIMex468とのインタフェース部であるスロット部ex464とを備える。なお、メモリ部ex467の代わりに外付けメモリが用いられてもよい。
102 分割部
104 減算部
106 変換部
108 量子化部
110 エントロピー符号化部
112、204 逆量子化部
114、206 逆変換部
116、208 加算部
118、210 ブロックメモリ
120、212 ループフィルタ部
122、214 フレームメモリ
124、216 イントラ予測部
126、218 インター予測部
128、220 予測制御部
160、260 回路
162、262 メモリ
200 復号装置
202 エントロピー復号部
Claims (4)
- 回路と、
メモリとを備え、
前記回路は、前記メモリを用いて動き補償処理を行い、前記動き補償処理は第1動作モード及び第2動作モードを含み、
前記第1動作モードでは、
動画像に含まれる画像を分割した予測ブロック単位で第1動きベクトルを導出し、
前記第1動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照して予測画像を生成する第1動き補償処理を行い、
前記第2動作モードでは、
前記予測ブロックに空間的に隣接するブロックの動きベクトルに基づいて前記予測ブロックの複数の制御ポイントの動きベクトルを導出し、
前記複数の制御ポイントの動きベクトルを用いて、前記予測ブロックを複数に分割したサブブロック毎に、サブブロック単位で第2動きベクトルを導出し、
前記第2動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照せずに予測画像を生成する第2動き補償処理を行う
符号化装置。 - 回路と、
メモリとを備え、
前記回路は、前記メモリを用いて動き補償処理を行い、前記動き補償処理は第1動作モード及び第2動作モードを含み、
前記第1動作モードでは、
動画像に含まれる画像を分割した予測ブロック単位で第1動きベクトルを導出し、
前記第1動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照して予測画像を生成する第1動き補償処理を行い、
前記第2動作モードでは、
前記予測ブロックに空間的に隣接するブロックの動きベクトルに基づいて前記予測ブロックの複数の制御ポイントの動きベクトルを導出し、
前記複数の制御ポイントの動きベクトルを用いて、前記予測ブロックを複数に分割したサブブロック毎に、サブブロック単位で第2動きベクトルを導出し、
前記第2動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照せずに予測画像を生成する第2動き補償処理を行う
復号装置。 - 動き補償処理を行う符号化方法であって、前記動き補償処理は第1動作モード及び第2動作モードを含み、
前記第1動作モードでは、
動画像に含まれる画像を分割した予測ブロック単位で第1動きベクトルを導出し、
前記第1動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照して予測画像を生成する第1動き補償処理を行い、
前記第2動作モードでは、
前記予測ブロックに空間的に隣接するブロックの動きベクトルに基づいて前記予測ブロックの複数の制御ポイントの動きベクトルを導出し、
前記複数の制御ポイントの動きベクトルを用いて、前記予測ブロックを複数に分割したサブブロック毎に、サブブロック単位で第2動きベクトルを導出し、
前記第2動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照せずに予測画像を生成する第2動き補償処理を行う
符号化方法。 - 動き補償処理を行う復号方法であって、前記動き補償処理は第1動作モード及び第2動作モードを含み、
前記第1動作モードでは、
動画像に含まれる画像を分割した予測ブロック単位で第1動きベクトルを導出し、
前記第1動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照して予測画像を生成する第1動き補償処理を行い、
前記第2動作モードでは、
前記予測ブロックに空間的に隣接するブロックの動きベクトルに基づいて前記予測ブロックの複数の制御ポイントの動きベクトルを導出し、
前記複数の制御ポイントの動きベクトルを用いて、前記予測ブロックを複数に分割したサブブロック毎に、サブブロック単位で第2動きベクトルを導出し、
前記第2動きベクトルを用いた動き補償により生成された画像における輝度の空間的な勾配を参照せずに予測画像を生成する第2動き補償処理を行う
復号方法。
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