JP2620489B2 - ビデオイメージをコーディングする方法 - Google Patents

ビデオイメージをコーディングする方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はビデオ信号を効率的にコ
ーディングする方法に関し、具体的には、サブバンドコ
ーディング(SBC)技術により前記コーディングを実行す
る方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】今日、遠隔通信の世界における重要な目
標の1つは世界中にまたがる単一の高速統合広帯域通信
(IBC)ネットワークの実現である。最近は、音声、イメ
ージ及びデータが異なる速度で同じ施設を使って一緒に
送信されるマルチメディアディジタルネットワークの開
発に力が入れられている。これは便利のよい効率的なデ
ィジタルコーディング技術により達成できるであろう。
【０００３】従って、イメージ信号をディジタル方式で
コーディングする効率的な方法は、通信が重要な世界で
はますます関心が高まっている。解決すべき基本的な問
題の1つはイメージ又はビデオ信号のコーディングによ
り生成されたビットの流れが激しいことである。コーデ
ィングされたビデオ信号の復号により得られたイメージ
品質に基づいて、前記ビットフローを傷付けることなく
圧縮する方法が提案されている。しかし、コスト対効率
も重要な項目である。妥当な価格で効率的なコーディン
グを達成する改良方法に関心が向けられている。この目
標はイメージ信号処理の複雑な構成を削減することで達
成できる。
【０００４】サブバンドコーディング(SBC)は連続周波
数分析や漸進的かつ多重速度方式で使用可能な能力とい
った興味深い特質を示す強力なコーディング技術であ
る。サブバンドコーディングは最初は音声圧縮に適用さ
れたが、現在ではイメージ圧縮(「イメージのサブバン
ドコーディング(Subband Coding of Images)」John W.
Woods, IEEE Transactions on Acoustics, Speech and
Signal Processing, Vol.ASSP-34, No.5, 1986 年10月)
やビデオ圧縮(「ビデオの3次元サブバンドコーディング
(Three-dimensional Sub-band Coding of Video)G. Kar
lsson 及びM.Vetterli, IEEE ICASSP 1988)では良く知
られた技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】SBCは原信号の周波数
帯域を間引きされたサブバンド信号に分割し、その後こ
れらを個別に量子化するものである。各サブバンド信号
をコーディングする方法がいくつか提案されている。こ
うした方法は効率性の点からはあまり適切ではない。現
実には、こうした方法は異なるイメージ特性を考慮して
いない。実際、時間予測エラーイメージは時間t及びt＋
1の間の動作を示している。そのため、シーンが完全は
変わらない場合、そのイメージは下記の2つの型の領域
を含んでいる。 −均一な動きのない領域(背景と呼ぶ) −動きのある領域(活動領域と呼ぶ)。
【０００６】しかし、サブバンド信号を観察すると、活
動領域は主に高周波サブバンドにあることがわかる。低
周波(即ち、最低のサブバンド)は均一又はゆっくりと変
化する領域についての情報を含んでおり、高周波(即
ち、他のサブバンド)は輪郭を表わす。即ち、均一のサ
ブバンドコーディングはコーディング装置のビット速度
及び品質に関してあまり適切でない方法であることがわ
かる。容易に理解できるのは高周波サブバンドに現われ
ている輪郭はできるかぎり正確にコーディングすべきで
あるが、背景はそれほど正確にコーディングする必要は
なく、場合によってはコーディングしなくてもよい。
【０００７】サブバンドの分解イメージを観察して次に
わかることはサブバンド信号間にある相関が存在するこ
とである。例えば、同じスペクトル方向でスケーリング
率に関して考察すると、以下のサブバンドが強く相関し
ている。 −サブバンド2及び5 −サブバンド4及び7 −サブバンド3及び6 これによりこれらのサブバンドに対して同じコーディン
グ方式が使用できる。サブバンド信号を観察すると、SB
Cコーディング方式は多解像度量子化を用いることによ
り改良可能であると考えられる。こうした技術により、
定義されたサブバンドモデルに量子化を適合させること
ができる。
【０００８】本発明の目的はSBCコーディング技術に基
づいてビデオ信号をコーディングする改良された効率の
よい方法を提供することにある。
【０００９】本発明の他の方法は個々のサブバンド信号
が量子化される前に処理されて極めて良好な視覚品質を
示すコーディング方式を保持しながら必要な量子化レベ
ル数を削減することが可能な改良されたビデオサブバン
ドコーディング方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】要約すると、処理の複雑
さ及びコスト対効率はサブバンド量子化動作を実行する
前に個々のサブバンド信号を活動状態検出手段に送るこ
とにより達成される。その方法はSBC分解及び活動ブロ
ックの検出を行ない、その後に2進資源を検出された活
動状態及びサブバンドに応じて異なるサブバンドに割り
当てる。さらに、活動状態の検出に要する計算の複雑さ
を削減するためにサブバンドの間の相関が使用される。
【００１１】本発明の上記及び他の目的、特徴及び利点
は好ましい実施例の関連図を参照してより容易に説明さ
れる。
【００１２】
【実施例】図1に示してあるのは本発明のサブバンドコ
ーディング方式の全体構造の簡略化した機能表示であ
る。各入力イメージフレームS(t)はツリー構造フィルタ
バンク(1)により複数の周波数サブバンドに分割され
る。インターフレーム時間冗長性を除去するために、差
分パルスコード変調(DPCM)ループを用いて予測されたサ
ブバンドイメージを到来するサブバンドイメージから差
し引いて、現予測エラーイメージ(2)を提供する。活動
状態は各エラー予測イメージ(3)で検出され、活動ブロ
ックは背景から分離されて個別に量子化される(4a, 4
b)。量子化信号が送信されて(5)、同時に反転量子化が
行われ且つ活動ブロック及び背景の併合が行われる
(6)。フレームバッファ(7)は1イメージ分の遅延をもた
らす。この遅延は時間t−1における予測サブバンドイメ
ージを生成するのに使用される。このイメージは到来す
るサブバンドイメージから差し引かれて予測イメージエ
ラーをもたらす。
【００１３】ビデオ信号のサブバンドコーディング方法
を以下により詳細に説明する。入力イメージを走査する
ことにより得られた原信号はX列及びY行(又はライン)に
配列された8ビット(0及び255の間の値)でそれぞれコー
ディングされた画素の2次元配列であると仮定する。サ
ブバンド分割のための濾波動作は以下のように実行され
る。各低域通過濾波された成分Lp(i, j)がサブバンド分
割用に計算される。 m LP(i, j) ＝((ΣCoef L(k) ＊Image(i, j−k))) /Norm L (1) k=0 ただし i及びj; それぞれ行及び列の指標 Coef L; 低域通過フィルター係数 m＋1; フィルター係数の数 Image(i、j); (i、j)位置のイメージサンプル(画素)の
値 Norm L; レベル正規化動作を実行する低域スケーリン
グ率 ＊; 乗法記号。
【００１４】好ましい実施例では m＝1 Norm L＝2 Coef L(0, 1)＝1, 1 が選択される。
【００１５】高域通過濾波された成分Hp(i, j)が以下の
式を用いて同様に計算される。 n Hp(i, j) ＝((ΣCoef H(k) ＊Image(i, j−k))) /Norm H (2) k=0 ただし Coef H; 高域通過フィルター係数 n＋1; フィルター係数の数 Image(i, j); 位置(i, j)の画素 Norm H; 高域通過濾波された成分に対して正規化を実
行するスケーリング率。
【００１６】好ましい実施例では n＝1 norm H＝2 Coef H(0, 1)＝1、−1 が選択される。
【００１７】フィルター係数のより詳細な定義について
は、A.Croisier, D.Esteban 及びC.Galandによる論文
「補間、1/10法、ツリー分解技術の使用による完全なチ
ャンネル分割(Perfect channel splitting by use of i
nterpolation, decimation, tree decomposition techn
iques)」Int.Conf.on Information Sciences/Systems,P
atras, 1976年8月を参照する。
【００１８】垂直及び水平濾波動作の詳細な説明が図2
に示すブロック図に示されている。原フレームが走査さ
れると仮定する。その結果生成される信号は高域通過フ
ィルター(22)及び低域通過フィルター(24)を介して水平
方向に濾波される。それぞれの濾波された信号は濾波動
作全体を通じて情報量を均一にするように、各フィルタ
ー出力の2サンプルから1サンプルを間引くことにより間
引きされる。低域濾波された信号は記憶位置SB1(a)に記
憶され、高域濾波された信号はSB2(a)に記憶される。サ
ブバンドイメージSB1(a)及びSB1(b)はここではサブイメ
ージSB1(a)及びSB2(b)と呼ばれる。ツリー構造フィルタ
ーバンクの次の段では、2つのサブイメージSB1(a)及びS
B2(b)はそれぞれ垂直に2つのサブバンド、即ち1つの低
周波バンド及び1つの高周波バンドに分割される。サブ
イメージSB1(a)は2つの新しいサブイメージに分割され
る。即ちSB1(b)に記憶される低域濾波されたサブイメー
ジ及びSB3(b)に記憶される高域濾波されたサブイメージ
である。SB2(a)に適用されたのと同じ演算が低域濾波サ
ブイメージSB2(b)及び高域濾波サブイメージSB4(b)に実
行される。従って、その結果作成されたフレーム(b)は4
つのサブバンドをもつフレームである。ツリー構造の濾
波が続けられ、7個のサブバンドSB1(c)乃至SB7(c)にな
る。
【００１９】それぞれの予測サブバンドイメージが各サ
ブバンドイメージから差し引かれて(DPCMループ)、それ
により複数のサブバンドエラー予測イメージを提供す
る。ベースバンド(サブバンド1)エラー予測イメージは2
×2のブロックに分割される。各ブロックはそれが最初
のしきい値TRSH1よりも多いN1個以上の画素を含む場合
に活動状態と言われる。非活動状態のブロックは背景と
考えられる。
【００２０】活動状態の等級付はサブバンド2乃至4に対
して実行される。これらのサブバンドは再び2×2のブロ
ックに分割される。活動状態の2つのレベルは次のよう
に定義される。 −ある位置で、1つのブロックに第2のしきい値TRSH2よ
り多いN2個以上の画素が3つのサブバンドの少なくとも1
つに含まれている場合、そのブロックをクラス2と呼ぶ −ある位置で、1つのブロックに第3のしきい値TRSH3よ
り多いN3個以上の画素が3つのサブバンドの少なくとも1
つに含まれている場合、そのブロックをクラス3と呼ぶ −ある位置で、ブロックが活動状態でない場合、そのブ
ロックをクラス0と呼ぶ。
【００２１】階層型活動検出を得るために、ブロックの
活動状態がそのクラスと共に増加するようにしきい値が
選択される。サブバンド2乃至4に対してすべての活動状
態ブロック(クラス2及び3)が活動状態と考えられる。ク
ラス0のブロックは背景と考える。サブバンド5及び6に
対しては、4×4のブロックが考慮される。サブバンド2
乃至4との相関がブロック位置スケーリング率(2)と共に
使用されて、以下のアルゴリズムによってブロック活動
状態を判定する。 −クラス0及び2のブロックはこれらのサブバンドに対す
る背景と考えられる −クラス3のブロックは活動状態であり、スケーリング
率を用いて置き換えられる。
【００２２】各サブバンドでは、活動状態のブロック及
び背景は個別に量子化される。異なる量子化方式を使用
してもよい −すべてスカラー量子化 −(サブバンド毎に異なる量子化方法、例えばスカラー
化及びベクトル化を用いた)混合量子化。
【００２３】第1の場合では、すべてのブロックがラプ
ラススカラー量子化器により量子化される。表Iに示し
てあるように、サブバンド1は最高量の情報を含んでい
るので、それは正確に符号化されることになる。サブバ
ンド2乃至4はそれほど情報を含んでないので、量子化の
精度は低下する。サブバンド5及び6では、背景は符号化
されない。表１のビット配置では、以下のような結果と
なる。
【００２４】
【表１】 図3と表２を参照して、全体的なコーディング装置の構
造を以下に説明する。
【００２５】
【表２】
【００２６】−初期化: 時間0における推定サブバンド
イメージ、
【００２７】
【外１】
【００２８】は時間0における入力イメージS(0, n)の7
つの分解サブバンドで初期化される(ステップ30参照) −入力イメージのサブバンド分解: 入力イメージS(t,
n)はQMFフィルターにより7つのサブバンドに分解され
る。その結果はSi(t, ni)に記憶される(ステップ31参
照) −予測エラー計算: 結果はEi(t, ni)に記憶される(ス
テップ32参照) −活動状態検出: 等級付け活動検出は予測エラーサブ
バンドイメージのサブバンド1乃至4で実行される。その
結果はテーブルP(t, u, v)に記憶される(ステップ33参
照) −背景及び活動状態ブロックの分離: 活動状態検出ア
ルゴリズムによりもたらされた結果により活動状態ブロ
ック及び背景は各サブバンドに対して分離される(ステ
ップ34参照) −量子化: 活動状態ブロック及び背景は所定の方法(例
えばスカラー又はベクトル方式)で別々に量子化され
る。適用レベルの数は活動状態(背景又は活動状態ブロ
ック)及びサブバンドの数に依存する(ステップ35a, 35b
参照) −送信: 量子化サンプル及びブロッククラス配列は復
号器に送信される(ステップ36参照) −反転量子化: これは正確に量子化の反転である(ステ
ップ37a, 37b参照) −背景及び活動状態ブロックの併合: 活動状態検出ア
ルゴリズムにより与えられた結果に応じて、復号された
活動状態ブロック及び背景は各サブバンドに対して併合
される(ステップ38参照) −予測されたサブバンドイメージ計算: (ステップ39参
照)。
【００２９】図4を参照して活動状態検出アルゴリズム
を説明する。7個のサブバンドに分割された予測エラー
イメージのサブバンド1乃至4が入力される。ブロックク
ラステーブルP(t,・,・)は0に初期化される(ステップ40
参照)。第1クラスブロック検出が実行される(ステップ4
1参照)。従って、サブバンド1の各ブロックでは、TRSH1
より大きい数の値をもつ画素の数が計算される。現ブロ
ックに前記しきい値より大きいN1個以上の画素が含まれ
ている場合、このブロックはクラス1に設定される。
【００３０】クラス2及び3のブロック検出が達成される
(ステップ42参照)。現ブロックの各ブロック及び各画素
に対してアルゴリズム(ステップ420参照)は1つ増分す
る。 −サブバンド2乃至4の少なくとも1つにおいて現画素がT
RSH2より大きい場合カウンタnba2 −サブバンド2乃至4の少なくとも1つにおいて現画素がT
RSH3より大きい場合カウンタnba3 nba2がN2より大きい場合、現ブロックはクラス2に設定
される。nba3がN3より大きい場合、現ブロックはクラス
3に設定される活動状態検出アルゴリズムの出力データ
がブロッククラス配列、即ちP(t、u、v)である。
【００３１】図5を参照して、分離アルゴリズムを説明
する。7つのサブバンドに分割された予測エラーイメー
ジ及び活動状態検出アルゴリズムにより検出されたブロ
ッククラス配列が入力される。各ブロックに関して −現ブロックがクラス0であると、前記ブロックはすべ
てのサブバンドに対して
【００３２】
【外２】
【００３３】へコピーされる(ステップ50参照)−現ブロ
ックがクラス1であれば、前記ブロックはサブバンド1に
対して
【００３４】
【外３】
【００３５】へコピーされ、サブバンド2乃至6に対して
【００３６】
【外４】
【００３７】へコピーされる(ステップ51参照)−現ブロ
ックがクラス2であると、前記ブロックはサブバンド1乃
至4に対して
【００３８】
【外５】
【００３９】へコピーされ、サブバンド5及び6に対して
【００４０】
【外６】
【００４１】へコピーされる(ステップ52参照) −現ブロックがクラス3である場合、前記ブロックはす
べてのサブバンドに対して
【００４２】
【外７】
【００４３】へコピーされる(ステップ53参照)。
【００４４】サブバンド7が捨てられたために、このサ
ブバンドのブロックは決してコピーされないことに注意
すべきである。活動状態ブロック及び背景の分離アルゴ
リズムの出力データは活動状態及び背景ブロックを含む
集合である。
【００４５】図6は併合アルゴリズムを表わす。そのア
ルゴリズムは入力側では、デコーディングされた活動状
態及び背景ブロックの集合及び活動状態検出アルゴリズ
ムにより計算されたブロッククラス配列を備えている。
第1に、再構成エラーサブバンドイメージのサブバンド7
はこのサブバンドが分離アルゴリズムにより捨てられた
ので、0に設定される(ステップ60参照)。アルゴリズム
の継続は分離アルゴリズムの正確な反転である。活動状
態ブロック及び背景の併合アルゴリズムの出力データは
再構成されたエラーサブバンドイメージである。
【００４６】受信器における再構成フィルタでは、時間
tにおける予測サブバンドイメージの低域通過及び高域
通過成分が以下の2つの式によりそれぞれ計算される。
【００４７】
【数１】
【００４８】ただし RNorm ＝1 RCoef L(0, 1)＝1, 1
【００４９】
【外８】
【００５０】原イメージサブバンドLp(i, j)に基づいた
時間tにおける再構成予測イメージ
【００５１】
【数２】
【００５２】ただし
【００５３】
【外９】
【００５４】原イメージサブバンドHp(i, j)に基づいた
時間tにおける再構成予測イメージRNorm H＝1 RCoef H(0, 1)＝1,−1。
【００５５】
【発明の効果】図1に示すような逆ツリー状構造を介す
るサブバンド再結合の繰返しにより完全な帯域幅をもつ
原イメージをよみがえらしたり、より正確に合成された
イメージを呼び出すことになる。好ましい実施例はDPCM
ループの外側にサブバンド分解を置いて説明されるが、
提案された方法はDPCMループの内側にサブバンド分解を
置いても適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1は本発明のサブバンドコーディング方法の
全体構造の機能構成を示す図である。
【図２】図2はサブバンド分解の構成図である。
【図３】図3は本発明のコーディング方法を示す流れ図
である。
【図４】本発明のコーディング方法の主要動作を示す流
れ図である。
【図５】本発明のコーディング方法の主要動作を示す流
れ図である。
【図６】本発明のコーディング方法の主要動作を示す流
れ図である。
【符号の説明】
5 送信部 7 フレームバッファ 22 高域フィルタ 24 低域フィルタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ミシェル、ロソ フランス国サン‐ジャネ、シュマン、デ ュ、パリアウ、138 (72)発明者 パオロ、スコットン フランス国バンス、シュマン、ド、サ ン、コロンブ、1561 (56)参考文献 特開 平２−305191（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−191618（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＡＣＣＯＵＳＴＩＣＳ ＳＰＥ ＥＣＨ ＡＮＤ ＳＩＧＮＡＬ ＰＲＯ ＣＥＳＳＩＮＧ ＶＯＬ．ＡＳＳＰ34〜 ５！（1986）Ｐ．1278−1288 ＩＥＥＥ ＰＲＯＣ ＩＣＡＳＳＰ （1990）Ｐ．2097−2100

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力ビデオイメージを複数のサブバンドイ
    メージに濾波し、該サブバンドイメージを活動状態検出
    部に送って前記サブバンドイメージを活動状態ブロック
    及び背景に分割することによりサブバンドコーディング
    によりビデオイメージをコーディングする方法におい
    て、 原イメージ信号を下記に示すサンプルLp(i, j)よりなる
    低周波濾波成分及び下記に示すサンプルHp(i, j)よりな
    る高周波濾波成分に分割するツリー状濾波により前記入
    力ビデオイメージの濾波を行い、 ここで Coef L及びCoef H; それぞれ事前に定義された低域通
    過及び高域通過フィルタ係数 m及びn; 事前定義されたフィルタ係数の数 Image(i, j); 座標i、jにおけるイメージ画素、iは行
    指標、jは列指標 Norm L及びNorm H; 事前定義されたスケーリング率、 各サブバンドをその検出された活動状態及びサブバンド
    に応じたレベル数のレベルで量子化し、 サブサンプル動作は、サブバンド信号に対して動作し
    て、ツリー状濾波動作全体を通してサンプル速度を均一
    にするようにサブバンド信号に対して間引きを行うこと
    を特徴とするイメージをコーディングする方法。
  2. 【請求項２】時間冗長性を減らすために活動状態検出及
    び量子化に先だって差分パルスコード変調を使用するこ
    とを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項３】異なるサブバンドイメージ間の相関度に応
    じて、相関度の高いサブバンドイメージに同じ量子化方
    式を適用することを特徴とする請求項1又は2に記載の方
    法。
  4. 【請求項４】活動状態ブロック及び背景は異なるスカラ
    ー又はベクトル法で個別に量子化されることを特徴とす
    る請求項1乃至3のいずれかに記載の方法。
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