JP3805734B2 - 離散コサイン変換係数の予測方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はビデオ信号の符号化及び復号化方法に係り、特に離散コサイン変換領域において垂直、水平成分領域の位置情報を用いて現在ブロックのDC/AC係数を予測する離散コサイン変換係数の予測方法及びこれを用いた離散コサイン変換係数の符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
離散コサイン符号化器は量子化後の係数のDC/AC係数を無損失符号化する構造を有する。この際、隣接ブロック間には類似性の大きな性質を用いて現在ブロックのDC/AC係数を予測することが離散コサイン変換領域におけるDC/AC係数の予測方法である。
【０００３】
図1は一般的なDC/AC係数の予測方法を表す。離散コサイン変換後の量子化された現在のブロック101の係数を予測するために同一な過程を経て得られる隣接ブロック102、103の係数を利用する。現在ブロック101のDC係数104は上位ブロック102のDC係数107或いは左側ブロック103のDC係数109を用いて予測する。これはDC係数のみを予測する場合である。現在の符号化するブロックの垂直特性を有するAC係数領域105は上位ブロック102のブロック108のAC係数から予測する。この場合は映像内のブロック間垂直方向成分が類似する際有利な予測方法である。水平方向特性を有するAC係数領域106は左側ブロック103のブロック110のAC係数から予測する。これは映像内ブロック間の水平方向成分が類似する際有利な予測方法である。現在ブロック101のDC/AC係数の予測は領域104、105、106で行なわれる。
【０００４】
図2は一般的な離散コサイン符号化において量子化された係数の無損失符号化方法を示したものである。ブロックでジグザグスキャニング201によりランレングス(run-length)符号化を行う。
【０００５】
図3は一般的なDC/AC係数の予測方法を用いたDCT係数の符号化器及び復号化器の構造を示したものである。入力データ301は離散コサイン変換器302(DCT：Discrete Cosine Transformer)によりDCT係数303に変換される。この係数価格は量子化器304を経て量子化される。量子化されたDCT係数305をDC/AC係数の予測期306で予測する。予測された係数307は可変長符号化器308(VLC encoder)を通して符号化される。ビットストリーム309は可変長復号器310(VLC decoder)を経る。復号化された係数311はDC/AC係数補償器312を経て補償された量子化係数313を得る。この係数313を逆量子化器314で逆量子化し、逆量子化されたDCT係数315を逆離散コサイン変換器316で逆変換して最終復元データ317を得る。
【０００６】
前述したように、一般的なDC/AC係数の予測方法は図1のように水平、垂直の隣接ブロックでDC係数及びAC係数の水平、垂直成分を予測する。ブロックに対して離散コサイン変換を行なう場合、DC係数はブロックの輝度値の大きさに該当し、これは隣接したブロック間に類似性を有する。また、AC係数の場合はブロックの垂直、水平成分が変換領域のAC係数に反映され、隣接ブロック間の垂直、水平成分間に類似性が存在する場合予測できる。
しかし、一般的なDC/AC係数の予測方法は隣接ブロックの離散コサイン変換結果をそのまま用いるため予測性能の向上が少なく、AC係数を予測する時に現在0の係数の場合、予測時むしろ0でない確率が高くて予測性能の向上に障害となる。従って、これらを改善した新たなアルゴリズムが必要となった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は前述した問題点を解決するため、離散コサイン変換領域でAC係数の垂直、水平成分領域の位置情報を用いてAC係数を予測するための離散コサイン変換係数の予測方法を提供するにある。
本発明の他の目的は前記離散コサイン変換係数の予測方法を用いて離散コサイン変換係数を符号化する離散コサイン変換係数の符号化方法を提供するにある。本発明のさらに他の目的は隣接ブロックの投影値または加重値を用いてAC係数を予測するための離散コサイン変換係数の予測方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために本発明による離散コサイン変換係数の予測方法は、離散コサイン変換領域で量子化されたAC係数の垂直または水平成分領域をスキャニングして0でない係数の位置情報を得る段階と、前記位置情報及び隣接ブロックの量子化されたDC係数とAC係数とを用いて現在ブロックのDC係数及び垂直または水平成分領域の0でないAC係数のみを予測する段階とを含むことを特徴とする。
【０００９】
前記他の課題を達成するために本発明による離散コサイン変換係数の符号化方法は、離散コサイン変換領域で量子化されたAC係数の垂直または水平成分領域をスキャニングして0でない係数の位置情報を得る段階と、前記位置情報及び隣接ブロックの量子化されたDC係数とAC係数とを用いて現在ブロックのDC係数及び垂直または水平成分領域の0でないAC係数のみを予測する段階と、前記位置情報及び予測値を用いてDC係数及び0でない垂直または水平成分領域のAC係数の絶対値の誤差を符号化し、残り非予測AC係数に対しては変形されたジグザグスキャニングを用いて符号化する段階とを含むことを特徴とする。
【００１０】
前記さらに他の課題を達成するために本発明による離散コサイン変換係数の予測方法は、空間領域上で現在ブロックの最も隣接したブロックの画素データを水平または垂直方向に投影する段階と、前記水平または垂直方向に投影された画素データをDCT及び量子化した後、離散コサイン変換領域で隣接ブロックの量子化されたDC係数とAC係数とを用いて現在ブロックのDC係数及びAC係数とを予測する段階とを含むことを特徴とする。
【００１１】
前記さらに他の課題を達成するために本発明による離散コサイン変換係数の予測方法は、空間領域上で現在ブロックの隣接ブロックの画素データに現在ブロックと最も隣接したブロックから最も遠く離れたブロック方向に加重値を小さく適用する段階と、前記加重値の適用された隣接ブロックの画素データをDCT及び量子化した後、離散コサイン変換領域で隣接ブロックの量子化されたDC係数とAC係数とを用いて現在ブロックのDC係数及びAC係数を予測する段階とを含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明はAC係数の予測のためにAC係数の垂直、水平成分領域の位置情報を利用する。この場合ジグザグスキャニングを変形してAC係数の垂直、水平成分領域とその以外の残り係数領域を分離して符号化する。AC係数の予測符号化性能は予測される係数の絶対値が小さいほど、0となる係数が多いほど良くなる。従って、AC係数の垂直、水平成分の領域で0の大きさを有する係数は予測後0でない確率が高いので、0の係数は予測から除外する。
【００１３】
本発明は離散コサイン領域におけるDC/AC係数の予測特性を強化するために空間領域(Spatial domain)で隣接ブロックの特性を利用する際、現在のブロックとさらに近接した画素値に対しては大きな加重値を与えてDC/AC係数の予測特性を向上させた。この際、現在ブロックに最も近接した画素値のみを考慮する場合、離散コサイン変換前に隣接ブロックを水平、垂直投影することと同じ結果となる。本発明による離散コサイン変換係数の予測方法は一般の動映像符号化アルゴリズムに効果的に適用される。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に対して添付された図面に基づき詳しく説明する。本発明は一般的なDC/AC係数の予測方法(図1)においてAC係数の予測時0でない係数に対してのみ予測するために図4のようにAC係数を垂直、水平領域とその他の領域に分け、ジグザグスキャニングを変形した構造を有する。これを図3の構造のような無損失符号化器及び復号化器のDC/AC係数の予測器306、可変長符号化器308(VLC encorder：Variable Length Code encoder)、可変長復号化器310(VLCdecoder：Variable Length Code decoder)及びDC/AC係数補償器312に適用する。特に、隣接ブロックの予測値は図5のように投影や加重値を利用する。
【００１５】
図4は0でないAC係数のみを予測するための本発明による離散コサイン変換係数の予測方法及び離散コサイン変換係数の符号化方法を説明するための図面である。ブロック401のジグザグスキャニングは図1のブロック102を予測に利用する時に使用する符号化方法である。ブロック401でAC係数領域403のみ図1の領域108の係数を用いて予測される。この時、予め水平方向のスキャニング404を行って0でない係数の位置情報を符号化器に送る。
【００１６】
この場合一般的なラスト-ラン-レベル(Last-Run-Level）の符号化時0でない係数値のレベル(level)値は領域108の係数値からの予測値である。この場合レベル値は0が可能である。領域403にないAC係数値に対しては修正されたジグザグスキャニング405を通してラン-レングス符号化される。ブロック402も同じ方法で符号化される。この場合は領域406の係数を予測するために図1のブロック103の領域110の係数を利用する。垂直方向のスキャニング407を通して0でない係数の位置情報を符号化器に送る。この時、予測値のレベルは図1の領域110のAC係数からの予測値である。
【００１７】
図5は隣接したブロックの投影値や加重値を予測に利用する方法である。ブロック501は図3のDCT302前のデータ値301のような空間領域(Spatial domain)データ値である。空間領域上のブロック502から垂直投影された空間領域(spatial domain)値が図3のDCT302と量子化器304を経ると図1のブロック102のようになる。同一な方法で空間領域のブロック505から水平投影された空間領域値は図3のDCT302と量子化器304を経ると図1のブロック103のようになる。
【００１８】
空間領域においてブロック501データ値に最も近接した垂直方向特性を有する領域はブロック502で領域503に該当する。この値を垂直方向504に投影したり、領域503から遠く離れるほど(504の方向)加重値を小さくした値をブロック値としてDCTし、量子化して予測に利用する。同様に、空間領域からブロック501データ値に最も近接した水平方向特性を有する領域はブロック505で領域506に該当する。この値を水平方向507に投影したり、領域506から遠く離れるほど(507の方向)加重値を小さくした値をブロック値としてDCTし、量子化して予測に利用する。
【００１９】
図6はDC/AC予測を通した符号化過程の流れ図を示す。601段階においてN×N画素ブロックは一般的に8×8単位で選択する。8×8画素ブロックを得て602段階を通して離散コサイン変換をする。603段階ではDCTされた結果の損失符号化のために量子化することである。604段階では現在量子化されたDCTブロックC(u、v)と予め貯蔵された図1のブロック102、103に該当する量子化されたDCTブロックA(u、v)とB(u、v)を予測のために入力する。605段階でAC係数が全て0なのかを判別した後、AC係数が全て0の場合AC係数の符号化は不要なのでDC係数のみを予測する(608、mode0、1)。この際、DC係数を図1のブロック102のDC係数107で予測する場合モードを0に、DC係数を図1のブロック103のDC係数109で予測する場合モードを1にする。605段階でAC係数が全て0でない場合AC係数の予測も行う(609、mode2、3)。
【００２０】
図1のブロック102からのDC係数及びAC係数予測の場合モードは2、ブロック103からのDC係数及びAC係数予測の場合モードは3である。また608、609段階では各モードに対し、現在ブロックの係数と予測係数の絶対値差の和を計算した後、各モードに応じる絶対値差の和が最小の場合を予測モードとして最適予測を行う。609段階後モードが2の場合は図1のブロック101の領域104、105以外の領域にある非予測AC係数、モードが3の場合はブロック101の領域104、106以外の領域にある非予測AC係数が全て0か否かが判断され(611段階)、その判断結果により非予測AC係数の符号化有無を定める(616、617段階)。
【００２１】
もし、618段階で予測モードが0または1の場合(DC係数の予測）には624段階において図2に示されたようにジグザグスキャニングを通してDC/AC係数に対してVLC符号化を行う。仮りに621段階で予測モードが0、1でなく2の場合は625段階で図4のブロック401のような方法である、予測されたAC係数に対した水平領域スキャニングと非予測AC係数ジグザグスキャニングとを通してVLC符号化する。もし予測モードが3の場合、626段階で図4のブロック402のように、予測されたAC係数に対した垂直領域スキャニングと非予測AC係数ジグザグスキャニングとを通してVLC符号化する。
【００２２】
【発明の効果】
前述したように本発明による離散コサイン変換係数の予測方法では0でないAC係数のみを予測して隣接ブロックの投影を利用することにより、DC/AC係数の予測性能を向上させうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 離散コサイン変換領域における一般的なDC/AC係数の予測方法を説明するための図面である。
【図２】 離散コサイン変換領域におけるジグザグスキャニングを用いた無損失符号化方法を説明するための図面である。
【図３】 離散コサイン変換領域におけるDC/AC係数の予測を用いたDCT係数の符号化器及び復号化器を示した図面である。
【図４】 0でないAC係数のみを予測するための本発明による離散コサイン変換係数の予測方法及び離散コサイン変換係数の符号化方法を説明するための図面である。
【図５】 空間領域上の隣接ブロックの画素データの垂直/水平方向投影値または加重値を用いた本発明による離散コサイン変換係数の予測方法を説明するための図面である。
【図６】 本発明による離散コサイン変換係数の予測方法を用いた離散コサイン変換係数の符号化方法の流れ図である。
【符号の説明】
３０２ ＤＣＴ
３０４ 量子化器
３０６ ＤＣ／ＡＣ係数予測器
３０８ ＶＬＣ符号化器
３１０ ＶＬＣ復号化器
３１２ ＤＣ／ＡＣ補償器
３１４ 逆量子化器
３１６ ＩＤＣＴ

Claims (2)

  1. ( ａ ) 空間領域上で現在ブロックに最も隣接した上位ブロックについて、前記現在ブロックに最も隣接した位置の画素データを垂直方向に投影させて前記上位ブロックを再構成し、前記現在ブロックに最も隣接した左側ブロックについて、前記現在ブロックに最も隣接した位置の画素データを水平方向に投影させて前記左側ブロックを再構成する段階と、
    ( ｂ ) 前記再構成された上位ブロックと左側ブロックの画素データについて、ＤＣＴ及び量子化を行って量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数を求める段階と、
    ( ｃ ) 前記上位ブロックの量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数と、前記左側ブロックの量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数とを用いて、前記現在ブロックの量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数を予測する段階と
    を含むことを特徴とする離散コサイン変換係数の予測方法。
  2. ( ａ ) 空間領域上で現在ブロックに最も隣接した上位ブロックについて、前記現在ブロックに最も隣接した位置から最も遠く離れた位置に到るまでの各画素データに加重値を減少させつつ適用して前記上位ブロックを再構成し、前記現在ブロックに最も隣接した左側ブロックについて、前記現在ブロックに最も隣接した位置から最も遠く離れた位置に到るまでの各画素データに加重値を減少させつつ適用して前記左側ブロックを再構成する段階と、
    ( ｂ ) 前記再構成された上位ブロックと左側ブロックの画素データについて、ＤＣＴ及び量子化を行って量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数を求める段階と、
    ( ｃ ) 前記上位ブロックの量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数と、前記左側ブロックの量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数とを用いて、前記現在ブロックの量子化されたＤＣ係数及びＡＣ係数を予測する段階と
    を含むことを特徴とする離散コサイン変換係数の予測方法。
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