JP3478836B2 - デジタル画像シーケンスの符号化方法および符号化装置 - Google Patents
デジタル画像シーケンスの符号化方法および符号化装置Info
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- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
- H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
- H04N19/51—Motion estimation or motion compensation
Description
ーケンスの符号化に関する。
画像データ(ビデオデータ流)の効率的な符号化がます
ます重要になっている。データの符号化は、情報損失を
できるだけ少なくしながら、できるだけ大きな情報圧縮
が達成されるようにして行うべきである。
る。例えばMPEG[1]、[7]、JPEG[2]、H.261
[3]、H.263[4]である。
予測符号化、変換符号化およびエントロピー符号化の原
理を使用する。
を符号化すべき元の画像データから減算することにより
形成される。
のために必要な動き予測の基礎、およびこれを運動補償
された予測に使用することは当業者には公知である
[5]。動き予測は符号化すべき画像ブロックに対して
次のように行われる。すなわち、符号化すべき画像ブロ
ックのそれぞれ画像の各画素に配属されている輝度情報
を、記憶されていて時間的に先行する画像の同形領域の
輝度情報と比較することにより行われる。比較は通常、
個々の輝度値の絶対値差の形成によって行われる。比較
は、先行する画像の複数の領域を備えた符号化すべき画
像ブロックに対して行われる。この画像ブロックを以
下、先行画像ブロックと称する。差分画像は、画像ブロ
ックの輝度値の差と、動き予測の際に最も良く一致した
先行画像ブロックの輝度値だけを含む。
適切な変換、例えば離散コサイン変換(DCT)によって
利用される。使用される変換符号化は変換符号化係数を
送出し、この係数は量子化およびエントロピー符号化に
利用される。引き続き、変換符号化係数が受信器に伝送
され、この受信器では符号化方法全体が逆方向に実行さ
れる。これにより受信器では復号化を実行した後、画素
に対する直接的情報が再び得られる。
から公知である。この方法では、同じように動き予測お
よび変換符号化のための方法が使用される。
が変換符号化に使用される。個々のブロックが動き予測
の結果として非常に似ていれば、符号化すべき画像ブロ
ックと先行する画像の相応する画像ブロックとの変換す
べき差は非常に小さな値となり、この値は変換符号化係
数の量子化の際に場合によってはゼロに量子化すること
ができる。しかしそれ以前に、個々の画像ブロックの輝
度値差は変換符号化の公知のブロック指向符号化方法に
おいて使用されている。
化に対するコストを低減することである。
の装置により解決される。
タル画像がそれぞれ符号情報の配属されている画素を有
する画像セグメントを備えている。ここでの符号化は時
間的に先行する記憶画像を使用して行われ、この画像は
それぞれ先行する符号情報の配属された先行画素を有す
る先行画像セグメントを備えている。先行画像セグメン
トは、画像セグメントと先行の画像セグメントとの位置
的ずれを表すスタートベクトルに依存して選択される。
画像セグメントの符号情報と先行画像セグメントの先行
符号情報とのエラー度が形成され、このエラー度が第1
の閾値よりも小さいか否かが検査される。エラー度が第
1の閾値(S1)より小さい場合には、画像セグメントは
残留エラー符号化には使用されない。その他の場合に
は、画像セグメントは残留エラー符号化とエントロピー
符号化に使用される。
理解されたい。また先行する画像セグメントおよび先行
する画素とは先行する画像の画像セグメントおよび画素
であると理解されたい。
報の効率的な符号化、例えばDCTベースの変換符号化、
小波形変換符号化、Quadtree符号化、端数符号化、ベク
トル量子化、差分パルス符号化変調(DPCM)等である。
報)または色情報(クロミナンス情報)と理解された
い。
る。
を使用することができる。
メントの先行画素の色情報との差。
グメントの先行画素の符号情報との差の位置的広がり。
の画像符号化方法によって発生する種々のアーチファク
ト形式に関する種々の検査に相応する。
に考慮することによって、比較がさらなる基準だけ拡張
され、比較結果が改善される。
とにより、本発明により画像品質の主観的悪化がほとん
ど発生しないことが保証される。
なわち本発明の方法の実施に必要な計算能力を節約する
ための改善形態では、差の位置的広がりを検出するため
に少なくとも一回、符号情報の差が第1の数より多い複
数の画素において第3の閾値T1より大きいか否かが検査
される。符号情報の差が第1の数より多い複数の画素に
おいて第3の閾値より大きければ、画像セグメントは残
留エラー符号化およびエントロピー符号化に使用され
る。
おいてそれぞれ別の閾値より大きいか否かを複数のステ
ップで検査することもできる。
よび/または閾値を適合的に、有利には量子化パラメー
タに依存して構成する。これにより、量子化が粗い場合
に多数の画像セグメントを動き予測、残留エラー符号
化、およびエントロピー符号化に使用する必要がなく、
従って本発明の方法を実施するための計算能力が節約さ
れる。
種々の画素の符号情報の差を異なるように重み付けする
ようにしてエラー度を求めることにより達成される。
発生するから、この種の重み付けを次のようにして実行
すると有利である。すなわち、画像セグメントの所定の
大きさの縁部領域に存在する画素の差を縁部領域外の画
素の差よりも大きく重み付けするのである。
化方法を説明するが、これは容易にオブジェクト指向の
画像符号化方法に有利に使用することができる。
あり、群に統合されたものであると理解されたい。ブロ
ック指向の画像符号化方法では、画像セグメントは矩形
を有し、例えばMPEG2規格の方法ではそれぞれ8×8画
素(画像ブロック)または16×16画素(マクロブロッ
ク)を含む正方形である。ブロック指向の画像符号化方
法では画像セグメントが画像ブロックと称される。
説明する。
ャート、 図2は、2つの計算器、カメラ、および画像データを
記録、符号化、伝送および復号化するための伝送媒体を
備えた計算装置の概略図、 図3は、画像ブロックに群分けされた画素を有する画
像の概略図、 図4は、本発明の第1の実施例および第2の実施例に
基づく符号化装置の概略図、 図5は、第3の実施例に基づく符号化装置の概略図、 図6は、第1の実施例の個々の方法ステップを示した
フローチャート、 図7は、第2の実施例の個々の方法ステップを示した
フローチャートである。
ーケンスが記録され、第1の計算器R1に接続路Vを介し
て供給される。
ジタル化され、[1]に記載されたMPEG2規格に従って
符号化される。
無線伝送区間を介して第2の計算器R2と接続されてい
る。伝送媒体UMを介して、第1の計算器R1により符号化
された画像データが第2の計算器R2に伝送され、そこで
復号化される。
モリSPとプロセッサユニットREを有し、これらはバスBU
を介して相互に接続されている。第1の計算器R1のプロ
セッサユニットREは、デジタル画像の符号化のための方
法ステップ(後で説明する)が実行されるように構成さ
れている。第2の計算器R2のプロセッサユニットREは、
受信された符号化データがMPEG2規格に従って復号され
るように構成されている。第1の計算器R1と第2の計算
器R2とはさらに、画像Bの表示のための画像スクリーン
BSと、計算器R1,R2を制御するためのキーボードTAおよ
びマウスMAをそれぞれ1つ有している。
デジタル化される。デジタル化された画像Bは画素BP
(図3参照)を有しており、これら画素に輝度情報(明
度情報)および/または色情報(クロミナンス情報)が
配属される。
による方法では、明度情報の配属された画素BPを備える
それぞれ4つの隣接する画像ブロックBBと、色情報を備
えた2つの画像ブロックBBとが1つのマクロブロックMB
に群分けされる。
べての実施例で共通である。この方法ステップは、符号
化装置の概略図に基づいて説明する(図4と図5参
照)。
給される。減算ブロックSEでは、画像ブロックBBの画素
BPの符号情報から、後で説明する予測画像ブロックPBB
の画素の符号情報が減算される。
符号化DCTのためのユニットに供給される。このユニッ
トでは、差分画像ブロックDBBに離散コサイン変換(DC
T)が変換係数TKの形成のために適用される。変換係数T
Kは量子化ユニットQで量子化されるQTK。量子化された
変換係数QTKはエントロピー符号化のためのユニットVLC
に供給される。このユニットではいわゆるラン・レング
ス符号化および/またはいわゆる変数レングス符号化
(Variable Length Coding)が実行される。
量子化のためのユニットIQに供給される。このユニット
では、逆量子化された変換係数IQTKが形成される。
Bが供給される。予測された画像ブロックPBBは予測され
た符号情報を含み、この情報は逆変換係数ITKに加算さ
れる。ここから得られる復元画素RBPは復元画像を形成
し、メモリSPに記憶される。
する復元画像が記憶される。先行画像は、復元された画
素を備える先行画像ブロックを有している。復元された
画素が先行画像の先行画素BPの先行符号情報を表すので
ある。
この動き予測は動き予測BSCのためのユニットで実行さ
れる。
/または画像ブロックBBの画素BPに対して、符号情報を
先行する画像の画素BPの符号情報と比較することによっ
て行われる。先行する画像ではそれぞれ先行する画素が
適用される。この先行画素は先行画像ブロックVBBない
しは先行マクロブロックVMBにおいて群分けされる。
画像ブロックBBないしはマクロブロックMBに含まれる画
素BPの符号情報と、先行画像の(画像ブロックBBないし
はマクロブロックMBと同形状を有する)領域の画素の符
号情報との絶対差の和が形成される。この絶対差の和を
以下、エラー度と称する。
表示のための方法を説明する。画像ブロックBB(8×8
画素BPを有する)に対してもステップは相応に実施され
る。
て形成される: ここで、iはマクロブロックMB内の行を一義的に表すた
めの行インデックス、 jは、マクロブロックMB内の列を一義的に表すための
列インデックス、 xijは、ijにより表される位置に存在する(先行画像
の領域内にある)先行画素BPに配属された符号情報の値
を表す。
る探査領域に対して形成される。
画像ブロックPBBとして選択される。この予測画像ブロ
ックに対してはエラー度は最小である。なぜなら、この
領域に対して画像ブロックBBとの一致が最適だからであ
る。
画像ブロックPBBとして選択される。この画像ブロック
に対してはエラー度が最小である。なぜなら、この領域
に対して画像ブロックBBとの一致が最適だからである。
ブロックPBBに対する位置的ずれが先行画像において検
出される。ずれは以降、動きベクトルBVと称する。
義的にアドレシングするためにADRがメモリSPに供給さ
れる。
メモリSPに記憶される。
トSEに供給され、マクロブロックMBないしは画像ブロッ
クBBの画素BPの符号情報から減算される。
る)では、上に述べた方法が次のように拡張されて実行
される。
0)に対して、記憶された先行画像内で領域が選択され
る。この領域は先行画像内で、デジタル画像B内のマク
ロブロックMBないしは画像ブロックBBと相対的に同じ位
置にある。すなわち、画像セグメントの領域に対する位
置的ずれを表す、選択されたスタートベクトルはゼロベ
クトルである。
いしは画像ブロックBB(8×8画素)と同じ形状と大き
さを有する。選択された領域を以下、先行マクロブロッ
クVMBないしは先行画像ブロックVBBと称する。
とマクロブロックMBないしは画像ブロックBBは第1の比
較ユニットVE1(図4参照)に供給され、子のユニット
で上に述べたエラー度Fが形成される(ステップ60
2)。
閾値S1より小さいか否かが検査される(F<S1?) エラー度Fが第1の閾値S1より小さければ(604)、
第1の比較ユニットVE1により信号BSBSが形成され、動
き予測BSCのためのユニットに供給される。この信号に
より、マクロブロックMBないしは画像ブロックBBに対し
て動き予測が実行されないことが指示される。さらに、
第1の比較ユニットVE1により別の信号BSDCTが形成さ
れ、変換符号化DCTのためのユニットに供給される。こ
の信号によりマクロブロックMBないしは画像ブロックBB
に対して変換符号化DCTが実行されないことが指示され
る。言い替えるとこの場合は、マクロブロックMBないし
は画像ブロックBBと先行マクロブロックVMBないしは先
行画像ブロックVBBとの間に十分に良好な一致が存在す
る場合には動き予測BSC(605)および変換符号化DCT(6
06)を行わないことを意味する。
7)、上に説明した動き予測BSC(608)と変換符号化DCT
(609)、量子化およびエントロピー符号化(610)が実
行される。
段に節約することができる。
第2の実施例は第1の実施例とは、いくつかの付加的な
ステップの点で異なるだけである。
0)に対して同じように、記憶された先行画像内で領域
が選択される(ステップ601)。この領域は、先行画像
内においてデジタル画像BのマクロブロックMBないしは
画像ブロックBBと相対的に同じ位置にある。選択された
領域はマクロブロックMB(16×16画素)ないしは画像ブ
ロックBB(8×8画素)と同じ形状および大きさであ
る。選択された領域を以下、先行マクロブロックVMBな
いしは先行画像ブロックVBBと称する。
とマクロブロックMBないしは画像ブロックBBは第1の比
較ユニットVE1(図4参照)に供給され、ここで上に述
べたエラー度Fが形成される(ステップ602)。
値S1(604)より小さいか否かが検査される(F<S1
?)。
4)、次にステップがさらに実行される。
トVE1でマクロブロックMBないしは画像ブロックBBに対
して形成される(ステップ701)。
MBないしは画像ブロックBBの、先行マクロブロックVMB
ないしは先行画像ブロックVBBからの偏差を種々の側面
について表す。この種々の側面とは符号化された画像を
復号する際に別のアーチファクトにつながり得るもので
ある。
ブロックBBの画素のそれぞれ別の符号情報と、先行マク
ロブロックMBないしは先行画像ブロックBBの画素BPの色
値との一致を使用する。このことは、エラー度Fの形成
に対して輝度情報を使用し、別のエラー度F2の形成に対
してはクロミナンス情報を使用すること、またはその反
対に使用することを意味する。
を形成することにより行われる。
ば(ステップ702,703)、さらに符号情報の差(輝度情
報および/または色情報)が第1の数n1より多い複数の
画素において第3の閾値T1より大きいか否かを検査する
(ステップ704)。言い替えればこのことは、符号情報
が第3の閾値T1よりも大きな画素の数wを検出すること
である。この数が第1の数n1より多ければマクロブロッ
クMBないしは画像ブロックBBを符号化しなければならな
い。
の検査ステップ(706)において、符号情報の差がそれ
ぞれ別の数nk(k=2...m、m∈N+/{1})より多
い複数の画素においてそれぞれ別の閾値Tkより大きいか
否かが検査される。それぞれ、(nk+1<nk)および
(Tk+1>Tk)が成り立つ。
nkより多い場合(707)、マクロブロックMBないしは画
像ブロックBBは常に符号化されるか、またはマクロブロ
ックMBないしは画像ブロックBBに対して動き予測が実行
される。
別の閾値nkより多くなければ(708)、第1の比較ユニ
ットVE1により信号BSBSが形成され、動き予測BSCのため
のユニットに供給される。この信号により、マクロブロ
ックMBないしは画像ブロックBBに対して動き予測の実行
されないことが指示される。さらに第1の比較ユニット
VE1により別の信号BSDCTが形成され、変換符号化DCTの
ためのユニットに供給される。この信号により、マクロ
ブロックMBないしは画像ブロックBBに対して変換符号化
の実行されないことが指示される。言い替えればこのこ
とは、マクロブロックMBないしは画像ブロックBBと先行
マクロブロックないしは先行画像ブロックVBBとの間に
十分に良好な一致が存在する場合、動き予測BSC(605)
および変換符号化DCT(606)が実行されないことを意味
する。
BSC(608)および変換符号化DCT(609)、量子化および
エントロピー符号化(610)が実行される。
示されている。第3の実施例では、各マクロブロックMB
ないしは画像ブロックBBに対して動きベクトルBVを検出
するための動き予測BSCが実行される(101)。動きベク
トルBVはマクロブロックMBないしは画像ブロックBBに配
属され(ステップ102)、メモリSPに記憶される(ステ
ップ103)。
は次の方法ステップが実行されるように構成されてい
る。
は画像ブロックBB並びに先行マクロブロックVMBないし
は先行画像ブロックVBBが供給される。
クロブロックMBないしは画像ブロックBBに対して形成さ
れる(ステップ602)。
画像ブロックBBに対して形成される。
像ブロックBBの画素BPの符号情報と、先行マクロブロッ
クVMBないしは先行画像ブロックVBBの画素BPの符号情報
との一致が使用される。このことは、色値の差分絶対値
の和形成によって行われる。
ップ702,703)、さらに符号情報(輝度情報および/ま
たは色情報)の差が第1の数n1より多い複数の画素にお
いて第3の閾値T1よりも大きいか否かが検査される(ス
テップ704)。言い替えればこのことは、符号情報が第
3の閾値T1より大きな画素の数wを検出することであ
る。この数が第1の数n1より多ければ、マクロブロック
MBないしは画像ブロックBBを符号化しなければならな
い。
の検査ステップ(706)において、符号情報の差がそれ
ぞれ別の数nk(k=1...m、m∈N+/{1})より多
い複数の画素においてそれぞれ別の閾値Tkより大きいか
否かが検査される。それぞれ、(nk+1<nk)および
(Tk+1>Tk)が当てはまる。
報が別の閾値Tkより大きい画素の数wkが別の数nkより多
い場合(707)、常に符号化される。
が別の閾値nkよりも多くなければ(708)、第2の比較
ユニットVE2により別の信号BSDCTが形成され、変換符号
化DCTのためのユニットに供給される。この信号によ
り、マクロブロックMBないしは画像ブロックBBに対して
変換符号化DCTの実行されないことが指示される。
クBBと先行マクロブロックVMBないしは先行画像ブロッ
クVBBとの間に十分に良好な一致がある場合には、変換
符号化DCTは行われない(606)。動きベクトルBV自体だ
けがエントロピー符号化VLCのためのユニットに供給さ
れ、そこでエントロピー符号化される。第2の比較ユニ
ットVE2によってこの場合は、別の信号BSDCTが形成さ
れ、変換符号化DCTのためのユニットに供給される。こ
の信号により、マクロブロックMBないしは画像ブロック
BBに対して変換符号化DCTの実行されないことが指示さ
れる。
変換符号化DCT(609)、量子化およびエントロピー符号
化(610)がマクロブロックMBないしは画像ブロックBB
に対して実行される。
実施例を示す。
る各ブロック指向の画像符号化方法を使用することがで
きる。これは例えば、MPEG1、H.261規格による方法また
はH.263規格による方法である。
化方法にも有利に適用できる。この場合は、画像セグメ
ントが任意の形状を有する。
ば輝度値の差の任意の基準を和形成することにより形成
できる。
ことができる。閾値を適合的に、量子化を表す量子化パ
ラメータに依存させると有利である。
に、マクロブロックMBないしは画像ブロックBBの縁部領
域にある画素の差を、縁部領域の外にある画素の差より
も大きく重み付けすると有利である。
ら得られる。
す。
て示された構造が有利である。
重み付けマトリクス(αij)の中心にあるものよりも大
きな値を割り当てると有利である。
である。
構造が得られる。
ブロックMBないしは画像ブロックBBの縁部に有すれば十
分である。
れた予測ベクトルを使用することができる。
or Multimedia Applications,Communications of the A
CM,Vol.34,No.4,S.47−58,April 1991,1991). [2] G.Wallace,The JPEG Still Picture Compressi
on Standard,Communications of the ACM,Vol.34,No.4,
S.31−44,April 1991 [3] ITU−T H.261,International Telecommunicati
on Union,1996 [4] Ming Liou,Overview of the px64 kbit/s Vide
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cal Journal,Vol.58,S.631−690,Mrz 1979) [6] ISO/IEC JTCl/SC29/WG11,MPEG−4 Video Verif
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Systems for Video Technology,Vol.6,No.2,S.191−19
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ceedings of the IEEE,Vol.69,No.3,S.349−389,Mrz
1981
Claims (8)
- 【請求項1】一群の画素からなる画像セグメントを備え
たデジタル画像(B)シーケンスの符号化方法であっ
て、 各画素(BP)には輝度情報または色情報が、符号情報と
して配属されている形式の方法において、 a)すくなくとも1つの先行する画像をメモリ(SP)に
記憶し、 b)先行する画像内にある先行画像セグメントを、所定
のスタートベクトルに依存して選択し、 該スタートベクトルにより、画像セグメントと先行画像
セグメントとの位置的ずれが表されるものであり、 c)画像セグメントと先行画像セグメントとの間のエラ
ー度(F)を形成し(S602)、当該形成を次の計算ステ
ップで実行し; c1)画像セグメントの画素の符号情報と、先行画像セグ
メントの画素の符号情報との間の絶対的符号情報差を計
算し、 c2)計算された絶対的符号情報差を重み付け係数
(αij)と乗算し、 このとき画像セグメントの縁部領域にある画素の符号情
報差を、画像セグメントの中央にある画素の符号情報差
よりも比較的に大きな重み付け係数と乗算し、 c3)重み付けされた絶対的符号情報差をエラー度(F)
に累積加算する計算ステップで実行し; d)計算されたエラー度(F)を第1の閾値(S1)と比
較し、 e)形成されたエラー度(F)が第1の閾値(S1)より
大きい場合、残留誤差符号化とエントロピー符号化を実
行し、前記形成されたエラー度(F)が前記第1の閾値
(S1)以下の場合、前記残留誤差符号化と前記エントロ
ピー符号化を実行しない ことを特徴とする符号化方法。 - 【請求項2】スタートベクトルは、 ・ゼロベクトル、または ・画像セグメントに対する予測によって求められる予測
ベクトル、または ・画像セグメントに対する動き予測によって求められる
運動ベクトルである、請求項1記載の方法。 - 【請求項3】エラー度(F)が第1の閾値(S1)より小
さい場合には次のステップを実行する; ・画像セグメントと先行画像セグメントとの間の少なく
とも1つの第2のエラー度(F2)を形成するステップ
(S701)、 ・前記エラー度(F)として、実際の画像セグメントの
画素の色情報と、先行する画像セグメントの先行する画
素の色情報との差を用い、前記第2のエラー度(F2)と
して、実際の画像セグメントの画素の輝度情報と、先行
する画像セグメントの画素の輝度情報との差を用い、又
は、前記エラー度(F)として、実際の画像セグメント
の画素の輝度情報と、先行する画像セグメントの画素の
輝度情報との差が用いられている場合、前記第2のエラ
ー度(F2)として、実際の画像セグメントの画素の色情
報と、先行する画像セグメントの先行する画素の色情報
との差を用い、 ・第2のエラー度(F2)を第2の閾値(S2)と比較する
ステップ(S702)、 ・第2のエラー度(F2)が第2の閾値(S2)より大きい
場合、残留誤差符号化とエントロピー符号化を実行する
ステップ(S609)、 請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】残留誤差符号化の際には、画像セグメント
の量子化が実行される、請求項1から3までのいずれか
1項記載の方法。 - 【請求項5】閾値(S1,S2)の少なくとも1つは調整可
能である、請求項1から4までのいずれか1項記載の方
法。 - 【請求項6】閾値(S1,S2)の少なくとも1つは量子化
パラメータに依存して調整可能であり、請求項4記載の
方法。 - 【請求項7】第2のエラー度(F2)が第2の閾値(S2)
より小さい場合に、輝度情報及び/又は色情報に対応し
た符号化情報が第3の閾値(T1)よりも大きい画素の数
(w)を検出し、前記検出された数(w)が所定数(n
1)より大きい場合に、画像セグメントの残留誤差符号
化(S609)とエントロピー符号化(S610)を実行する、
請求項3記載の方法。 - 【請求項8】請求項1から7までのいずれか1項記載の
方法を実施するための、プロセッサユニットを有する、
デジタル画像シーケンスの符号化装置。
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