JP2022125243A - 画像符号化装置、画像復号装置及び非一時的記録媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
まず、実施の形態に係る符号化装置の概要を説明する。図1は、実施の形態に係る符号化装置100の機能構成を示すブロック図である。符号化装置100は、動画像をブロック単位で符号化する動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。様々な処理例では、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から入力され、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(以下に示す予測制御部128から入力される予測サンプル)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(残差)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から入力された量子化係数に基づいて符号化信号(符号化ビットストリーム)を生成する。具体的には、例えば、エントロピー符号化部110は、量子化係数を二値化し、二値信号を算術符号化し、圧縮されたビットストリームまたはシーケンスを出力する。
逆量子化部112は、量子化部108から入力された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から入力された変換係数を逆変換することにより予測誤差(残差)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から入力された予測誤差と予測制御部128から入力された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(「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、例えば、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に格納されているような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カレントサブブロック(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カレントサブブロックについて参照ピクチャ内で動き探索(motion estimation)を行い、そのカレントブロック又はサブブロックに最も一致する参照ピクチャ内の参照ブロック又はサブブロックを見つける。そして、インター予測部126は、参照ブロック又はサブブロックからカレントブロック又はサブブロックへの動き又は変化を補償する(又は予測する)動き情報(例えば、動きベクトル)を取得する。そして、インター予測部126は、その動き情報に基づいて、動き補償(又は動き予測)を行い、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、(イントラ予測部124から出力される信号)イントラ予測信号及び(インター予測部126から出力される信号)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、動画像をブロック単位で復号する動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。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。エントロピー復号部202は、実施の形態におけるイントラ予測部216、インター予測部218および予測制御部220に、符号化ビットストリーム(図1参照)に含まれている予測パラメータを出力してもよい。イントラ予測部216、インター予測部218および予測制御部220は、符号化装置側におけるイントラ予測部124、インター予測部126および予測制御部128で行われる処理と同じ予測処理を実行することができる。
逆量子化部204は、エントロピー復号部202から入力された復号対象ブロック(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から入力された変換係数を逆変換することにより予測誤差(残差)を復元する。
加算部208は、逆変換部206から入力された予測誤差と予測制御部220から入力された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(例えば、エントロピー復号部202から出力される予測パラメータ)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。全体的に、復号装置側の予測制御部220、イントラ予測部216およびインター予測部218の構成、機能、および処理は、符号化装置側の予測制御部128、イントラ予測部124およびインター予測部126の構成、機能、および処理と対応していてもよい。
符号化装置(図1参照)のイントラ予測部124及びインター予測部126に接続された予測制御部128においても、復号装置(図10参照)のイントラ予測部216及びインター予測部218に接続された予測制御部220においても、従来、各ブロックの分割から得られ、動き情報(例えば複数の動きベクトル)が得られる複数のパーティション(又は、複数の可変サイズブロック、又は、複数のサブブロック)は、図2に示されるように、常に矩形である。発明者らは、三角形形状のような非矩形形状を有する複数のパーティションを生成することが、様々な実施において、ピクチャにおける画像の内容に応じて、画質及び符号化効率の改善を導くことを発見した。以下、予測の目的で画像ブロックから分割される少なくとも1つのパーティションが非矩形形状を有する様々な実施の形態が述べられる。なお、これらの実施の形態は、符号化装置側(イントラ予測部124及びインター予測部126に接続された予測制御部128)に対して、及び、復号装置側(イントラ予測部216及びインター予測部218に接続された予測制御部220)に対して、等しく適用可能であり、図1の符号化装置等に、又は、図10の復号装置等に、実装されてもよい。
図11、ステップS1004において上述されたように、様々な実施の形態に従って、非矩形形状を有する第1パーティションと、第2パーティションとの(再構成された)組み合わせとして画像ブロックについて予測処理を行うことは、第1パーティションと第2パーティションとの間の境界に沿う境界平滑化処理の適用を伴ってもよい。
図11、ステップS1005に示されるように、様々な実施の形態に従って、非矩形形状を有する第1パーティション、及び、第2パーティションに分割された画像ブロックは、画像ブロックの非矩形分割を示すパーティションパラメータを含む1つ以上のパラメータを用いて符号化又は復号されてもよい。様々な実施の形態において、このようなパーティションパラメータは、後により十分に述べられるように、例えば、分割に適用される分割方向(例えば、左上から右下へ、又は、右上から左下へ、図12参照)と、ステップS1002で予測された第1動きベクトル及び第2動きベクトルとを一体として符号化してもよい。
以上の各実施の形態において、機能的又は作用的なブロックの各々は、通常、MPU(micro proccessing unit)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、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プロセッサなどのプログラム実行部として実現されてもよい。当該ソフトウェアは、配布されてもよい。当該ソフトウェアは、半導体メモリなどの様々な記録媒体に記録されてもよい。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可能である。ハードウェア及びソフトウェアの様々な組み合わせが採用され得る。
図26は、コンテンツ配信サービスを実現する適切な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、図示された例における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得る。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、いくつかのタイプ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。
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が増えてきている。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得る。
コンテンツの切り替えに関して、図27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を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。例えばユーザが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、例えば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29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30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29及び図30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っていてもよい。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、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ピクチャを表示してもよいし、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てもよいし、ベースレイヤのみを受信し、映像を復号及び表示してもよい。
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ような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。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、以下のような構成を用いて実現できる。
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。LSI(large scale integration circuitry)ex500(図26参照)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ってもよい。
図31は、図26に示されたスマートフォンex115のさらに詳細を示す図である。また、図32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。
Claims (3)
- 回路と、
前記回路に接続されたメモリとを備え、
前記回路は、動作において、画像ブロック中の非矩形形状を有する第1パーティションと、第2パーティションとの間の境界に沿う処理を行い、前記処理は、
前記第1パーティションの第1動きベクトルを第1動きベクトル候補セットから選択することと、
前記第1動きベクトルを用いて、前記第1パーティションの画素セットの複数の第1値を第1予測することと、
前記第2パーティションの第2動きベクトルを用いて、前記第1パーティションの前記画素セットの複数の第2値を第2予測することと、
前記複数の第1値と前記複数の第2値とを重み付けすることと、
重み付けされた前記複数の第1値と重み付けされた前記複数の第2値とを用いて前記第1パーティションを符号化することとを含み、
前記画像ブロックの幅と前記画像ブロックの高さとの比率が4よりも大きい場合、又は前記高さと前記幅との比率が4よりも大きい場合、前記回路は前記処理を無効化する、
画像符号化装置。 - 回路と、
前記回路に接続されたメモリとを備え、
前記回路は、動作において、画像ブロック中の非矩形形状を有する第1パーティションと、第2パーティションとの間の境界に沿う処理を行い、前記処理は、
前記第1パーティションの第1動きベクトルを第1動きベクトル候補セットから選択することと、
前記第1動きベクトルを用いて、前記第1パーティションの画素セットの複数の第1値を第1予測することと、
前記第2パーティションの第2動きベクトルを用いて、前記第1パーティションの前記画素セットの複数の第2値を第2予測することと、
前記複数の第1値と前記複数の第2値とを重み付けすることと、
重み付けされた前記複数の第1値と重み付けされた前記複数の第2値とを用いて前記第1パーティションを復号することとを含み、
前記画像ブロックの幅と前記画像ブロックの高さとの比率が4よりも大きい場合、又は前記高さと前記幅との比率が4よりも大きい場合、前記回路は前記処理を無効化する、
画像復号装置。 - ビットストリームを保存する、コンピュータ読み取り可能な非一時的記憶媒体であって、
前記ビットストリームは、パーティション処理を復号装置に実行させるための画像ブロックのサイズに関する情報を含み、
前記パーティション処理は、
前記画像ブロック中の第1パーティションの第1動きベクトルが第1動きベクトル候補セットから選択されることと、
前記第1パーティションと第2パーティションの間の画素セットの複数の第1値が前記第1動きベクトルを用いて算出されることと、
前記画素セットの複数の第2値が前記第2パーティションの第2動きベクトルを用いて算出されることと、
前記画素セットの複数の第3値が前記複数の第1値と前記複数の第2値とを重み付けして算出されることとを含み、
前記画像ブロックの幅と前記画像ブロックの高さとの比率が4よりも大きい場合、又は前記高さと前記幅との比率が4よりも大きい場合、前記復号装置は前記パーティション処理を無効化する、
非一時的記憶媒体。
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