JP2920209B2 - 動画像の符号化によるブロック化現象除去方法 - Google Patents
動画像の符号化によるブロック化現象除去方法Info
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Description
係り、特に高い圧縮率と符号化の効率性を向上させるた
めに利用したブロック単位の独立的な処理により発生す
るブロック化現象、すなわちブロック歪みを除去するた
めの動画像の符号化によるブロック化現象除去方法に関
する。
ーケンスを効率的に圧縮するためには画像形態が持って
いる2次元空間上の冗長性だけでなく時間短縮上の冗長
性をも除去することが絶対的に必要である。MPEGで
は2次元空間上の冗長性を除去するためにDCTを利用
し、時間短縮上の冗長性を除去するために動き補償方法
を利用している。DCTは、2次元空間内の相関を利用
して画像圧縮する技術の一つであり、ピクチャの空間変
換に際して、ブロック単位に分け、それぞれのブロック
をDCTを利用して、いわば空間座標から周波数座標に
変換させる直交変換を実施する。周波数変換されたデー
タは低周波数成分に偏る傾向があるが、その偏ったデー
タだけを量子化して伝送する。
の中央部分で人や物の動きがあるので、動き補償方法で
はこのような性質を利用して時間軸上の冗長性を除去す
る。即ち、画面の変わらぬ部分(或いは、動いたといっ
ても変化が極めて小さい部分)は同様な部分を直ぐ前の
ピクチャから持ってきて満たすことにより、伝送すべき
データ量を最小にすることができる。このように、ピク
チャの間で最も似たブロックを探すことを動き予測とい
い、動きの程度を変位で示したものを動きベクトルとい
う。MPEGではこのような二つの方法を結合した動き
補償−DCT方法を利用している。
は、入力データを8×8単位で標本化したのち、DCT
変換を行い、その変換係数を視覚的特性を考慮した量子
化テーブルの量子化値に量子化した後、RLC(Run Le
ngth Coding)を通じてデータ圧縮を行う方法のことであ
る。ここで、DCTを通過したデータは空間領域から周
波数領域に変換されるが、人間の視覚的特性を考慮した
量子化過程を通じて視覚的認識に役に立たぬデータの圧
縮が行われる。人間の目は視覚的に高周波に鈍感なの
で、高周波係数に対しては大きいステップサイズに量子
化し、ディスプレイ特性、視距離、雑音の程度のような
外部的パラメータによって適切な量子化テーブルを作成
して適切な量子化を行う。また、量子化過程を通じて出
力されたデータのうち、相対的発生頻度が高いのは短い
コードワードで符号化し、相対的発生頻度が低いのは長
いコードワードを用いて最終的なデータ圧縮効果を得
る。
方法において、より高い圧縮率と符号化の効率性を極大
化させるために、従来ではブロック単位で独立的な処理
を行っている。このようなブロック単位ごとの独立的な
処理では、各ブロック間の境界で視覚的に逆らうブロッ
ク化現象、すなわちブロック歪みが現れる。このブロッ
ク単位の独立的な処理を基本とする符号化システムにお
けるブロック化現象を除去するためにいろいろの方策が
提案されている。例えば、符号化と複号化の過程を変化
させることにより、ブロック化現象を除去するための試
みが行われた。しかし、符号化と複号化の過程を変化さ
せる方法は伝送されるビット量の増加をもたらした。ま
た、POCS(Projection onto convex sets)理論を基
礎としたブロック化現象除去方法が提示されたが、これ
は基本的に反復構造と長いコンバージェンスタイム(Con
vergence time)により停止画像に対してだけその適用範
囲をもっている。一般に、動画像の圧縮の場合に発生す
るブロック化現象はその深刻性が多く指摘されている。
しかし、動画像の複号化及び符号化の特性上、実時間処
理能力を求めるので、少ない演算能力で効果的なブロッ
ク化現象を除去することが困難である。
去方法は、さらにアルゴリズム処理による計算が複雑で
計算量が多い、画像の繊細な部分と緩慢な部分とのすべ
ての部分からブロック化現象を除去し得ない、伝送され
るビット量の増加をもたらすなどという問題があっ
た。。本発明は上記従来の問題点を解決するためのもの
で、ブロック間の境界周辺の周波数特性を利用して実時
間で動画像のブロック化現象を除去することができる動
画像の符号化の際のブロック化現象除去方法を提供しよ
うとするものである。
に、本発明による動画像の符号化によるブロック現象の
除去方法は、ブロック境界を中心としてピクセル列
S0、S1、S2 を定義するステップと、デフォールトモ
ードを設定するステップと、4ポイントDCTカーネル
を用いて各ピクセルに対するブロック境界周辺の周波数
情報を求めるステップと、周波数領域におけるブロック
境界に内包された不連続な成分のサイズをフロック境界
周辺に内包された不連続的な成分のサイズの最小値に調
整するステップと、DCオフセットモードを設定するス
テップと、動き対象でない、背景のように動きが殆どな
い緩慢な領域におけるブロック化現象を除去するステッ
プとを備えていることを特徴とする。
よるブロック化現象除去方法を添付図面の実施形態を参
照して説明する。図1は、本発明を説明するための一般
的な水平及び垂直方向によるブロック境界領域を示す。
図1に示すように、ブロック境界を基準としてそれぞれ
4つのピクセルから成るS0、S1、S2 の1次元ピクセ
ル列を考えてみる。ピクセル列S1、S2はブロック単位
の圧縮技法によって独立的に処理されたものなのでブロ
ック現象による直接的な影響は受けない。一方、ピクセ
ル列S0 の場合は独立された2つのブロックにわたって
いるのでブロック現象に直接的な影響を受ける。ブロッ
ク化現象は固定されたブロックパターンの境界にあらわ
れる現象であって、ブロック単位の不連続的な線として
あらわれる。まず、本発明はブロック境界の繊細な成分
の保存方案を周波数領域で探す。即ち、計算量が少ない
4ポイントDCTカーネルを利用して境界周辺の周波数
特性を得る。そのようにして得た周波数領域における映
像の緩慢を空間領域にも適用させることにより、ブロッ
ク境界の変化の多い繊細な成分に効果的に対処し得るよ
うにする。
ブロックにわたっているので、ブロック化現象に直接的
な影響を受ける。このようなS0 におけるブロック現象
を除去するために本発明はS1とS2における周波数情報
を利用する。言い替えれば、ブロック現象によって影響
を受けるS0 の周波数成分は、ブロック化現象に影響を
受けぬS1とS2との周波数成分を利用してブロック化現
象を除去した。図1に示すように、S0 には不連続性が
含まれており、S1とS2は独立的なブロック内部に完全
に含まれているので、不連続性の影響を受けない。この
ように、S1とS2はブロック境界の不連続性の影響を受
けないので、隣接ブロックの特性を最も正確に示す。画
像が緩慢に変化するという仮定の下では、ピクセル列S
0,S1,S2 の画像特性も同様である。これは周波数領
域でも同様な特性を持つということを意味する。本発明
は画像圧縮技術に広く用いられるDCTを周波数解析の
道具として用いる。
準を示す。図2に示すように、4ポイントDCTカーネ
ルの基準にはその中央を中心として対称的なものと非対
称的なものが存在している。ここで、S0 の4ポイント
DCT係数をa0.0,a1.0,a2.0,a3.0と定める。従
って、a2.0とa3.0は両方とも高い周波数成分である
が、a1.0は中央を基準として対称的であるが、a1.0は
非対称的である。しかし、図1に示すように、S0 の中
心はブロック境界の位置と一致するので、ブロック境界
を基準として実際のブロック不連続性に直截な影響を与
える成分は対称的成分でなく非対称的な成分である。従
って、このように不連続性に影響を与える成分が非対称
的な成分という特性を利用して周波数領域におけるa
3.0の成分のサイズを調節する。即ち、周波数領域にお
けるa3.0 成分のサイズを適切に調節すると、空間領域
におけるブロック境界による不連続性を除去することが
できる。
る。a3.0 の成分のサイズをブロック境界周辺に内包さ
れたa3.1,a3.2の成分のサイズの最小値に再調整させ
る。これは処理しようとするブロック境界のいずれか一
方が平坦ならブロック化歪みが深刻にあらわれるので、
これを除去させるという意味がある。反面、S1,S2両
方とも動き対象となる複雑なピクセル列である場合(即
ち、a3.0,a3.1,a3.2 の成分のサイズの値がすべて
大きいとき)にはブロック境界に殆ど影響を与えない。
このようなデフォルトモードにおけるブロック化現象を
除去するためのアルゴリズムは次の通りである。 v3’=v3−d v4’=v4+d d=CLIP(c2(a3.0’−a3.0)//c3,0,(v3−
v4)/2)*δ(|a3.0|<QP) ここで、 a3.0’=SIGN(a3.0)*MIN(|a3.0|,|a3.1
|,|a3.2|) C1はDCTカーネルの構成要素であり、|a3.0|<Q
Pの条件は、量子化程度がブロック程度に及ぼす影響を
考慮した条件であり、量子化変数が小さくて、ブロック
化程度があまり激しくない場合にオーバースムージング
(over-smoothing)されるのを防止する条件である。
逆にさらに大きくなるか或いは反対方向に変わることを
防止するために、補正値に対してクリッピング処理を施
す。CLIP(x、p、q)とはxをpとqの間の値に
クリップすることを表している。また、v3'とv4'はブ
ロック境界に接したピクセルv3とv4の代替値である。
そして、QPはv4 が含まれているマクロブロックの量
子化変数であり、C1,C2,C3は4ポイントDCTの
ために用いられるDCTカーネル定数である。
単にするためにはC1,C2の値は整数に、C3 の値は累
乗数に近似させた値を用いる。a3.0,a3.1,a3.2の
値は次のようにDCTカーネルとピクセル列S0,S1,
S2のピクセルとの簡略な内積で得られる。 a3.0=([C1−C2 C2−C1]*[v2 v3 v4 v5)]T)// C3 a3.1=([C1−C2 C2−C1]*[v0 v1 v2 v3)]T)// C3 a3.2=([C1−C2 C2−C1]*[v4 v5 v6 v7)]T)// C3 このような過程を水平方向に続いて垂直方向に適用する
ことにより、局部的なブロック化現象を全体フレームに
適用して全体的なブロック化現象を除去することができ
る。
数が高い領域でのブロック化現象を補正するモード)で
のブロック化現象を除去するためのアルゴリズムを考察
したものである。しかし、前述したデフォールトモード
では、単にブロック境界に接したピクセル値v3とv4だ
け補正するだけで、画像の背景のようにその特性変化が
緩慢な領域におけるプロック化現象は完全に防止しにく
い。従って、画像の背景のように特性が緩慢な領域にお
けるブロック現象を除去するためには、DCオフセット
モードに設定する。そのDCオフセットでは次のような
アルゴリズムを行う。
る
セットで、ほとんど動かないか或いは動きが極めて小さ
い背景などの領域におけるブロック化現象を除去する。
DCオフセットモードとデフォルトモードの決定は次の
条件式によって決定される。 If( v0==v1&&v1==v2&&v2==v3&&v4
==v5&&v5 ==v6&&v6==v7) DC offset mode is applied; else Default mode is applied.
モードとデフォルトモードを決定し、それぞれのモード
によってブロック化現象を除去する。即ち、DCオフセ
ットモードとデフォルトモードを決定したのち、各モー
ドによってブロックパターンの境界であらわれるブロッ
ク単位の不連続的な線を連続的な形態に変形させてブロ
ック現象を除去する。ここで、前記DCオフセットとデ
フォルトモードはS0、S1、S2 を利用して設定する。
ブロック化現象除去方法をフローチャートを参照して説
明すると次の通りである。図3は本発明による動画像上
の符号化によるブロック化現象除去方法を説明するため
のフローチャートである。図3に示すように、ブロック
境界を中心としてそれぞれ4ピクセルから成るピクセル
列S0,S1,S2 を定め101た後、デフォールトモー
ドを設定102し、4ポイントDCTカーネルを用いて
各ピクセルに対するブロック境界周辺の周波数情報を求
める103。
に内包された不連続的な成分のサイズをブロック境界の
周辺に内包された不連続的な成分のサイズの最小値に調
整し104、これを空間領域に適用して空間領域におけ
るブロック境界に内包された不連続な成分のサイズをフ
ロック境界の周辺に内包された不連続的な成分のサイズ
の最小値に調整する105。
輝度変化の多い繊細な領域におけるブロック現象を除去
するに効果的であるが、背景等のように画像の緩慢な地
域におけるブロック現象は十分除去しにくい。従って、
DCオフセットモードでもブロック現象を除去すべきで
ある。即ち、DCオフセットモードを設定した106
後、背景等のように動きが殆どないか、或いは動きが極
めて小さい領域におけるブロック化現象を除去すること
により107、全体的にブロック化現象を除去する。
に対する周波数特性を利用するので、容易且つ効果的に
ブロック化現象を除去することができる。請求項2にか
かる発明は、ブロック境界周辺に位置するピクセルの周
波数情報をもって、ブロック境界に位置するピクセルに
対して不連続的な成分のサイズを調整するので、ブロッ
ク化現象を効果的に除去することができる。請求項3の
アルゴリズムを使用するとDCオフセットモードで効果
的にブロック化現象を除去することができる。請求項4
のようなアルゴリズムを通じてデフォールトモードでブ
ロック境界の不連続的な成分のサイズをブロック境界周
辺の不連続的な成分のサイズの最小値に調整するので、
容易にブロック化現象を除去することができる。
界を示す図面。
面。
象除去方法を説明するためのフローチャート。
Claims (4)
- 【請求項1】 ブロック境界を中心として複数のピクセ
ルから成るピクセル列S0、S1、S2を定めるステップ
と、 デフォールトモードを設定するステップと、 4ポイントDCTカーネルを用いて各ピクセルに対する
ブロック境界周辺の周波数情報を求めるステップと、 周波数領域におけるブロック境界に内包された不連続な
成分のサイズをブロック境界周辺に内包された不連続的
な成分のサイズの最小値に調整するステップと、 DCオフセットモードを設定するステップと、 動き対象でない、背景のように動きが緩慢な領域におけ
るブロック化現象を除去するステップとを有することを
特徴とする動画像の符号化によるブロック化現象除去方
法。 - 【請求項2】 前記ピクセル列S0 がブロック境界を中
心として両側にまたがっており、他のピクセル列S1 と
S2 はブロック境界周辺に位置し、ピクセル列S0 の不
連続的な成分のサイズをブロック境界周辺のピクセル列
S1とS2の不連続的な成分のサイズの最小値に調整する
ことを特徴とする請求項1記載の動画像の符号化による
ブロック化現象除去方法。 - 【請求項3】 DCオフセットモードにおけるブロック
現象は、 v3’=v3−d v4’=v4+d v2’=v2−d2 v5’=v5+d2 v1’=v1−d3 v6’=v6+d3 d1=(3(v3−v4)//8)*δ(|a3.0|<QP) d2=(3(v3−v4)//16)*δ(|a3.0|<QP) d3=(3(v3−v4)//32)*δ(|a3.0|<QP) のアルゴリズムで除去することを特徴とする請求項1記
載の動画像の符号化によるブロック化現象除去方法。 - 【請求項4】 前記ブロック境界の不連続的な成分のサ
イズをブロック境界周辺の不連続的な成分のサイズを最
小値に調整する方法は、 v3’=v3−d v4’=v4+d d=CLIP(c2(a3.0’−a3.0)//a3,0,(v3−
v4)/2)*δ(|a3. 0|<QP) ここで、 a3.0’=SIGN(a3.0)*MIN(|a3.0|,|a
3.1|,|a3.2|) のアルゴリズムで行うことを特徴とする請求項1記載の
動画像の符号化によるブロック化現象除去方法。
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