JP4025570B2 - 動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化プログラム、動画像復号プログラム、動画像符号化プログラムを記録した記録媒体、動画像復号プログラムを記録した記録媒体 - Google Patents
動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化プログラム、動画像復号プログラム、動画像符号化プログラムを記録した記録媒体、動画像復号プログラムを記録した記録媒体 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像符号化に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
動画像符号化には画面を領域に分割して領域毎に符号化を行う方法がある。例えば、画面を縦横16画素(16×16)のマクロブロック(MB)に分割し、MB単位に符号化を行う。輝度情報についてはMBを更に縦横8画素(8×8)のブロックまたは縦横4画素(4×4)のブロックに分割して、ブロック毎に画像情報を直交変換等のブロック符号化する。
【0003】
動画像でフレーム間予測符号化を使う場合には、ブロック毎に参照画像と原画像との間の予測誤差を符号化するため、ブロック毎に符号化する予測誤差の有無を示す情報をMB毎に符号化することにより、予測誤差が無い場合に符号化効率を向上することができる。
【0004】
更に、フレーム間予測符号化には、領域毎に動き情報を加える動き補償符号化や、参照画像を複数備え参照画像を選択して符号化する方法がある。MBを更に分割した分割単位毎に動きベクトルや参照画像指定情報を符号化することができる。この分割単位は上記のブロックと一致しない場合もあり、例えば4×4ブロック毎に直交変換する場合には「ITU-TSG16 Q.6、“H.26L Test Model Long Term Number8(TML-8)draft0,"VCEG-N10,Sep,2001」に記載されている、図5に示すような分割が可能である。
【0005】
更に、動きベクトルや参照画像を変更して予測誤差を低減し符号化効率を向上するだけではなく、分割単位毎にフレーム内符号化を行うかどうかを選択し、より符号化効率の高い方法を選択することができる。
【0006】
分割パターン情報は、MB毎にエントロピー符号化される。例えば「ITU-TSG16 Q.6、“H.26L Test Model Long Term Number8(TML-8)draft0,"VCEG-N10,Sep,2001」で可変長符号化する場合には、下記の表1に記載の可変長符号をパターン毎に割り当てる。
【0007】
分割パターン情報を可変長符号化する場合には、一般的に発生頻度の高いパターンほど短い符号長の符号を割り当てることにより符号化効率を向上する。符号化対象領域に関する符号量が少ないものほど発生頻度を多くするようにすると画面全体の符号量が低減されるため、フレーム間予測符号化をする領域では一般的に、直交変換係数の符号量以外の合計が少ない場合ほど発生頻度を多くする。分割数が多いとそれだけ領域全体の動きベクトルや参照画像を指定する情報の符号量の合計が多くなるため、一般的に分割数が少ないほど符号長の短い符号が割り当てられる。下記の表1に記載の符号も分割数の少ないものほど短い符号が割り当てられる。
【0008】
【表1】
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
16×16画素のMBを4×4ブロック毎に直交変換する場合には、領域を2分割する場合に、例えば「ITU-T SG16Q.6,“Refined Results on the Low-overhead Prediction Modes,"VCEG-O22,Nov,2001」に記載の、図6に示すような分割をすることが可能である。この分割では、画面内に前景と背景が有る場合に前景と背景の境界部分で分割することが可能となり、より予測誤差を低減することが可能となる。
【0010】
分割数に従って分割パターン情報に対する可変長符号を割り当てると、図6の各番号に対応した表1の符号になる。図5のパターンで5ビットであった表1における4番目の分割パターンは図6では9ビットになる。
【0011】
しかし、図6で新たに設定した分割パターンに沿って前景と背景の境界が存在する割合が多いとは限らない。例えば、図6における第8番目の分割パターンでは斜め方向に分割されるが、一般的に世の中の建造物は水平垂直方向の平面で構成される等、水平垂直方向の境界が多い。従って、分割パターン自体は図6で新規に設定したものよりも、図5に元々存在した図6における16番目の方が多くなる傾向がある。この場合には、図6における16番目の分割パターンでの直交変換係数符号量以外の符号量合計が、図6における8番目のものよりも多くても、実際の符号化では16番目の分割パターンを選択する場合が多くなる。そのため図5における5ビットから図6における9ビツトに加算された分だけ画面全体の符号化効率が低下する。
【0012】
本発明の目的は、上記の課題を解決した動画像符号化方法と装置、動画像復号方法と装置、これらのプログラム、これらのプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するため、以下の動画像符号化方法と動画像符号化装置、動画像復号方法と動画像復号装置、これらのプログラム、これらプログラムを記録した記録媒体を特徴とする。
【0014】
(1)請求項1に記載の発明では、画面を領域に分割し領域毎に符号化する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
を有することを特徴とする。
(2)請求項2に記載の発明では、画面を領域に分割し領域毎に符号化する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する情報および分割位置を表す分割領域情報で分割位置を指定することを示す情報によって構成される第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
分割位置を表す分割領域情報を符号化する分割領域情報符号化過程と、
を有することを特徴とする。
【0015】
(3)請求項3に記載の発明では、領域毎に動き補償を行う、請求項1または2に記載の動画像符号化方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に動きベクトルを符号化する動きベクトル符号化過程を有することを特徴とする。
【0016】
(4)請求項4に記載の発明では、参照画像を複数蓄積して領域毎に参照画像を指定する、請求項1または2に記載の動画像符号化方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に参照画像を指定する情報を符号化する参照画像指定情報符号化過程を有することを特徴とする。
【0017】
(5)請求項5に記載の発明では、画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じベクトルを使用することを示す情報または分割領域が異なる動きベクトルを使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン動きベクトル符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
を有することを特徴とする。
【0018】
(6)請求項6に記載の発明では、画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じ参照画像を使用することを示す情報または分割領域が異なる参照画像を使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン参照画像符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
を有することを特徴とする。
【0019】
(7)請求項7に記載の発明では、画面を領域に分割した領域毎に復号する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を復号する第1分割パターン復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
を有することを特徴とする。
(8)請求項8に記載の発明では、画面を領域に分割した領域毎に復号する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を復号する第1分割パターン復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する情報および分割位置を表す分割領域情報で分割位置を指定することを示す情報によって構成される第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
分割位置を表す分割領域情報を復号する分割領域情報復号過程と、
を有することを特徴とする。
【0020】
(9)請求項9に記載の発明では、領域毎に動き補償を行う、請求項7または8に記載の動画像復号方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に動きベクトルを復号する動きベクトル復号過程を有することを特徴とする。
【0021】
(10)請求項10に記載の発明では、参照画像を複数蓄積して領域毎に参照画像を指定する、請求項7または8に記載の動画像復号方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に参照画像を指定する情報を復号する参照画像指定情報復号過程を有することを特徴とする。
【0022】
(11)請求項11に記載の発明では、画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じ動きベクトルを使用することを示す情報または分割領域が異なる動きベクトルを使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを復号する第1分割パターン動きベクトル復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
を有することを特徴とする。
【0023】
(12)請求項12に記載の発明では、画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じ参照画像を使用することを示す情報または分割領域が異なる参照画像を使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を復号する第1分割パターン参照画像復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
を有することを特徴とする。
【0024】
(13)請求項13に記載の発明では、画面を領域に分割し領域毎に参照画像を変更し動き補償を行う動画像符号化装置であって、
画像を入力する画像入力部と、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを指定する第1分割指定部と、
第1分割指定部で更に予め設定された個数に分割されることを指定した場合に、その分割位置を示す第2の分割パターンを指定する第2分割指定部と、
第1分割指定部あるいは第2分割指定部からの分割パターン情報に従って分割される分割単位毎に参照画像も変更しながら動き探索を行う動き探索部と、
参照画像を蓄積する参照画像メモリと、
動き探索結果から領域の分割パターンを決定する分割決定部と、
動き補償を行い、予測誤差を符号化する動き補償予測誤差符号化部と、
動きベクトルを符号化する動きベクトル符号化部と、
参照画像を指定する情報を符号化する参照画像指定符号化部と、
第1の分割パターン情報を符号化する第1分割パターン符号化部と、
第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化部と、
を備えたことを特徴とする。
【0025】
(14)請求項14に記載の発明では、請求項13に記載の動画像符号化装置であって、
入力画像の特徴量を解析する画像解析部と、
画像解析部で得られる情報から分割位置を決定する分割領域指定部と、
分割位置を表す分割領域情報を符号化する分割領域符号化部と、
を備えた事を特徴とする。
【0026】
(15)請求項15に記載の発明では、画面を領域に分割し領域毎に参照画像を変更し動き補償を行う動画像復号装置であって、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターン情報を復号する第1分割パターン復号部と、
第1分割パターン復号部で予め設定された個数に分割する情報を復号した場合に第2分割パターンを復号する第2分割パターン復号部と、
動きベクトルを復号する動きベクトル復号部と、
参照画像指定情報を復号する参照画像指定情報復号部と、
参照画像を蓄積する参照画像メモリと、
動き補償を行い、予測誤差を復号する動き補償予測誤差復号部と、
を備えたことを特徴とする。
【0027】
(16)請求項16に記載の発明では、請求項15に記載の動画像復号装置であって、
分割位置を表す分割領域情報を復号する分割領域復号部を備えたことを特徴とする。
【0028】
(17)請求項17に記載の発明では、請求項1〜6のいずれか1項に記載の動画像符号化方法、または請求項13、14のいずれか1項に記載の動画像符号化装置を、コンピュータで実行可能なプログラムとして構成したことを特徴とする。
【0029】
(18)請求項18に記載の発明では、請求項7〜12のいずれか1項に記載の動画像復号方法、または請求項15、16のいずれか1項に記載の動画像復号装置を、コンピュータで実行可能なプログラムとして構成したことを特徴とする。
【0030】
(19)請求項19に記載の発明では、請求項1〜6のいずれか1項に記載の動画像符号化方法、または請求項13、14のいずれか1項に記載の動画像符号化装置を、コンピュータで実行可能にしたプログラムを、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録したことを特徴とする。
【0031】
(20)請求項20に記載の発明では、請求項7〜12のいずれか1項に記載の動画像復号方法、または請求項15、16のいずれか1項に記載の動画像復号装置を、コンピュータで実行可能にしたプログラムを、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録したことを特徴とする。
【0032】
以上までの各項において、請求項1、2等に記載の発明によれば、第1の分割パターン情報では複数に分割することを示す情報のみ符号化し、第2の分割パターン情報で分割位置を示す情報を符号化することができる。これにより、更に分割数の多い分割パターンで分割する場合の、第1の分割パターン情報の符号量を低減することができる。
【0033】
例えば、第1の分割パターン情報では2分割することを示す情報のみ符号化し、第2の分割パターン情報で2分割する位置を示す情報を符号化する。これにより、4分割や16分割する場合の、第1の分割パターン情報の符号量を低減することができる。
【0034】
この場合、分割パターンは図7のようになり、第1の分割パターン情報の第2番目は2分割する事を示し、これを選択された場合に第2の分割パターン情報として2−1から2−14までの分割パターンのうちいずれかを選択する。
【0035】
この場合に割り当てられる符号は、第1の分割パターンと第2の分割パターンを組み合わせたものである。例えば、第1の分割パターンとして、表1における番号2の010を割り当て、続いて第2の分割パターンとして下記の表2における各番号の符号を割り当てられる。
【0036】
【表2】
【0037】
更に、第1の分割パターン情報で複数に分割することを示す符号を複数用意することにより、第2の分割パターン情報で示す分割位置情報の符号量を削減することができる。
【0038】
例えば、第1の分割パターン情報で2分割することを示す符号を2つ持つ場合には分割パターンは図8のようになり、第1の分割パターン情報の第2番目または第3番目が2分割する事を示し、これらのうちいずれかを選択された場合に第2の分割パターン情報として2−1から2−7までかあるいは3−1から3−7までの分割パターンのうちいずれかを選択する。
【0039】
この場合に割り当てられる符号は、第1の分割パターンと第2の分割パターンを組み合わせたものである。例えば、まず第1の分割パターンとして表1における番号2の010か番号3の011を割り当て、続いて第2の分割パターンとして同じく表1における各番号の符号を割り当てられる。これにより、第1の分割パターン情報で複数に分割することを示す符号を1つ用意する場合よりも、符号長の短い符号を割り当てることができる。
【0040】
また、複数に分割する位置は図7や図8に限られず、符号化側と復号側で同じ分割パターン情報を持つものであればよく、分割位置を第2の分割パターン番号で示すことができる。
【0041】
更に、符号化側と復号側で同じパターン情報を持たずとも、符号化側で分割単位の領域情報を符号化し復号側で同情報を復号することにより、分割位置を明示的に符号化することも可能である。特に、この場合には、直交変換するブロックの境界に一致しない位置を分割位置にすることも可能である。例えば、図10中の灰色で示した領域を分割単位Aとし、白色で示した領域を分割単位Bとすることも可能である。2分割単位の領域情報の符号化には、例えば、JBIG等の2値画像符号化と同様な手法や、分割位置をチェイン符号化やFAX等で使用されているMH符号化で符号化することが可能である。
【0042】
N分割単位の領域情報の符号化には、例えば、JPEG−LS等の多値画像符号化を用いることも可能である。境界をまたぐブロックの直交変換方法としては、分割単位毎に符号化しても、境界を関係なく画像情報を符号化してもよい。分割単位毎に符号化する方法では、例えば、次のように符号化する。
【0043】
図11に示すように、(a)のような位置に境界がある場合に分割単位Aのフレーム内符号化する場合には、まず分割単位Aのブロックとして(b)に示すように境界画素で分割単位Bの位置の画像情報をパディングしてブロック内画素を作成する。そして、ブロックを直交変換する。分割単位Aをフレーム間予測符号化する場合には、分割単位Bの位置の部分は予測誤差無しとして直交変換する。境界を関係なく画像情報を直交変換する方法では、図11(a)にある画像情報をそのまま直交変換する。
【0044】
このように分割単位の領域情報を符号化する方法によれば、符号化側で任意の位置に分割境界を設定することができ、より符号化効率を向上することができる。この方法は分割パターン情報を分割パターン番号で示す方法と組み合わせることが可能である。例えば、この方法を、図7における第2の分割パターン情報の2−15や、図8における第2の分割パターン情報の2−8等に割り当てることにより、分割位置を任意に指定するかどうかを選択することができる。
【0045】
請求項3等に記載の発明によれば、請求項1等に記載の発明に従って分割した分割単位ごとに動きベクトルを符号化することができる。これにより、複数の分割単位で同じ参照画像を使用するが異なる動きベクトルを使用する場合に、分割単位毎に動きベクトルを符号化することができる。
【0046】
請求項4等に記載の発明によれば、請求項1等に記載の発明に従って分割した分割単位ごとに参照画像指定情報を符号化することができる。これにより、複数の分割単位で同じ動きベクトルを使うが異なる参照画像を使用する場合に、分割単位毎に参照画像指定情報を符号化することができる。
【0047】
更に、参照画像指定情報の特定の値を示す場合に、その分割単位をフレーム内符号化することを示すようにする方法も可能である。例えば、参照画像指定情報として0を指定した場合にフレーム内符号化を行い、0以外の場合に参照画像指定情報によって指定される画像を参照画像にする方法も可能である。
【0048】
請求項5等に記載の発明によれば、請求項1等に記載の発明に従って分割した分割単位ごとに異なる動きベクトルを使用するか、複数の分割単位で同じ動きベクトルを使用するのかを選択することができる。これにより、複数の分割単位で同じ動きベクトルを使用するが異なる参照画像を使用する場合に、分割単位毎に動きベクトルを符号化することを避けることができる。
【0049】
例えば、分割した分割単位ごとに異なる動きベクトルを使用する場合に第1の分割パターン情報の第3番目を選択し、複数の分割単位で同じ動きベクトルを使用する場合に第1の分割パターン情報の第2番目を選択する。この場合、分割パターンは図9のようになり、第1の分割パターン情報の第2番目と第3番目は2分割する事を示し、これを選択された場合に第2の分割パターン情報として2−1から2−14までかあるいは3−1から3−14までの分割パターンのうちいずれかを選択する。
【0050】
この場合に割り当てられる符号は第1の分割パターンと第2の分割パターンを組み合わせたものである。例えば、まず第1の分割パターンとして表1における番号2の010か番号3の011を割り当て、続いて第2の分割パターンとして表2における各番号の符号を割り当てられる。
【0051】
請求項6等に記載の発明によれば、請求項1等に記載の発明に従って分割した分割単位ごとに異なる参照画像を使用するか、複数の分割単位で同じ参照画像を使用するのかを選択することができる。これにより、複数の分割単位で同じ参照画像を使用するが異なる動きベクトルを使用する場合に、分割単位毎に参照画像指定情報を符号化することを避けることができる。
【0052】
例えば、分割した分割単位ごとに異なる参照画像を使用する場合に第1の分割パターン情報の第3番目を選択し、複数の分割単位で同じ参照画像を使用する場合に第1の分割パターン情報の第2番目を選択する。
【0053】
この場合、分割パターンは図9のようになり、第1の分割パターン情報の第2番目と第3番目は2分割する事を示し、これを選択された場合に第2の分割パターン情報として2−1から2−14までかあるいは3−1から3−14までの分割パターンのうちいずれかを選択する。
【0054】
この場合に割り当てられる符号は、第1の分割パターンと第2の分割パターンを組み合わせたものである。例えば、まず第1の分割パターンとして表1における番号2の010か番号3の011を割り当て、続いて第2の分割パターンとして表2における各番号の符号を割り当てられる。
【0055】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【0056】
3フレーム分の参照画像メモリを備えておき、16×16画素のMB(マクロブロック)毎に入力画像を符号化し、MBを分割した分割単位ごとに動きベクトルと参照画像を指定する方法について示す。
【0057】
分割パターンは図9と同様であり、第1の分割パターンでは参照画像が分割単位毎に異なる場合には第3番目を選択し、MB内の全ての分割単位で同じである場合には第2番目を選択するものとする。分割パターンは入力MBの符号化に必要な符号量の予測値(動き探索コストと呼ぶことにする)に基づいて決定するものとする。動き探索コストは以下の式(1)によって計算されるものとする。
【0058】
【数1】
【0059】
ここで、N()は各符号化情報の符号量を示す。iはMB内の分割領域を示す。MBmodeは分割パターン情報を表し、CBPは4×4画素のブロック毎にブロック内に直交変換すべき画像情報や予測誤差があるかどうかを示す情報を表し、MViは分割領域iの動きベクトル情報を表し、REFiは分割領域iの参照画像を指定する情報を表す。MADiは動き探索位置での絶対値差分和を示し、以下の式(2)によって計算される。jは分割領域内iの画素を示し、f(j,t)は時刻tにおける入力画像の画素jの画像情報を示す。
【0060】
【数2】
【0061】
画像符号化装置の構成を図1に示す。画像をMB毎に入力する画像入力部101と、第1の分割パターンを指定する第1分割指定部104と、MBを2分割する際の第2の分割パターンを指定する第2分割指定部105と、第1分割指定部あるいは第2分割指定部からの分割パターン情報に従って分割される分割単位毎に参照画像も変更しながら動き探索を行い、動き探索コストの最小値を求める動き探索部102と、動き探索と動き補償に使う参照画像を蓄積する参照画像メモリ107と、動き探索部102で得られる動き探索コストの最小値から分割パターンを決定する分割決定部106と、動き補償を行い予測誤差を符号化する動き補償予測誤差符号化部103と、動きベクトルを符号化する動きベクトル符号化部109と、参照画像を指定する情報を符号化する参照画像指定符号化部108と、第1の分割パターン情報を符号化する第1分割パターン符号化部110と、分割決定部が2分割すると決定した際に第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化部111とを備える。
【0062】
このような前提のもとで画像が入力された場合の動作は次のようになる。
【0063】
まず、画像入力部101から16×16画素の画像が入力される。動き探索部102は、第1分割指定部104によって指定される第1番目の分割パターン毎に動き探索を行い、動き探索コストの最小値を求める。続いて、第1分割指定部104は、第2番目と第3番目の分割パターンに対応してMBを2分割することを指定するため、第2分割指定部105が分割パターンを指定する。動き探索部102は、第2分割指定部105によって指定される各分割パターン毎に動き探索を行い、動き探索コストの最小値を求める。続いて、第1分割指定部104で第4番目から第7番目までの分割パターンに対して、それぞれ動き探索を行い、動き探索コストの最小値を求める。
【0064】
分割決定部106は、分割パターン毎に得られた動き探索コストの最小値を比較して、値が最小となる分割パターン(最小分割パターン)を求める。最小分割パターンが、第1の分割パターン情報で第1番目または第4番目から第7番目の分割パターンである場合には、第1分割パターン符号化部104は第1の分割パターン情報を符号化する。このとき、第2分割パターン符号化部105は何も符号化しない。
【0065】
動きベクトル符号化部109は、最小分割パターンとなる動きベクトルを分割単位毎に符号化し、参照画像指定符号化部は最小分割パターンとなる参照画像指定情報を符号化する。
【0066】
動き補償予測誤差符号化部103は、最小分割パターンとなる参照画像を使って予測誤差を求め予測誤差を符号化する。最小分割パターンが、第1の分割パターン情報で2分割(第2番目または第3番目の分割パターン)である場合には、第1分割パターン符号化部104は第1の分割パターン情報を符号化し、第2分割パターン符号化部105は第2の分割パターン情報を符号化する。このとき、最小分割パターンで参照画像指定情報が2分割単位で異なる場合には第1の分割パターン情報として第3番目を、参照画像指定情報が2分割単位で同じ場合には第1の分割パターン情報として第2番目を符号化する。
【0067】
動きベクトル符号化部109は、動きベクトルを分割単位毎に符号化する。
【0068】
参照画像指定符号化部108は、第1の分割パターン情報で第2番目が最小分割パターンである場合にはMB毎の参照画像指定情報を符号化し、第1の分割パターン情報で第3番目が最小分割パターンである場合には分割単位毎の参照画像指定情報を符号化する。
【0069】
動き補償予測誤差符号化部103は、最小分割パターンとなる参照画像を使って予測誤差を求め予測誤差を符号化する。
【0070】
続いて、この画像符号化装置で出力される符号化データを復号する画像復号装置の動作を示す。
【0071】
画像復号装置の構成を図2に示す。MBの第1分割パターン情報を復号する第1分割パターン復号部112と、第2分割パターンを復号する第2分割パターン復号部113と、第1分割パターン情報または第2分割パターン情報に従って分割単位毎の動きベクトルを復号する動きベクトル復号部114と、第1分割パターン情報または第2分割パターン情報に従って分割単位毎の参照画像指定情報を復号する参照画像指定情報復号部115と、動き補償に使う参照画像を蓄積する参照画像メモリ107と、動き補償を行い予測誤差を復号する動き補償予測誤差復号部116とを備える。
【0072】
このような前提のもとで符号化データは次のように復号される。
【0073】
まず、第1分割パターン復号部112は第1の分割パターン情報を復号する。第1の分割パターン情報が図9において第1番目または第4番目から第7番目を示す場合には、第1の分割パターンで示される分割単位数だけ、動きベクトルと参照画像指定情報を復号する。そして、動き補償を行い、予測誤差を復号して復号画像を得る。
【0074】
第1の分割パターン情報が図9において第2番目を示す場合には、続いて第2の分割パターン情報を復号する。そして、第2の分割パターンの分割単位数である数2だけ、動きベクトルを復号する。
【0075】
第1の分割パターン情報が図9における第2番目を示す場合には参照画像指定情報がMB毎に1つのみであるため、参照画像指定情報は1つだけ復号する。そして、動き補償を行い予測誤差を復号して復号画像を得る。
【0076】
第1の分割パターン情報が図9において第3番目を示す場合には、続いて第2の分割パターン情報を復号する。そして、第2の分割パターンの分割単位数である数2だけ、動きベクトルと参照画像指定情報を復号する。そして動き補償を行い、予測誤差を復号して復号画像を得る。
【0077】
以上のように、本実施形態によれば、第1の分割パターン情報では複数に分割することを示す情報のみ符号化し、第2の分割パターン情報で分割位置を示す情報を符号化することができる。これにより、更に分割数の多い分割パターンで分割する場合の、第1の分割パターン情報の符号量を低減することができる。
【0078】
なお、本実施形態では、2分割する際に2分割単位で参照画像が同じ場合と異なる場合とで異なる第1の分割パターン情報を与えたが、第2番目で動きベクトルが同じ場合を示し、第3番目で動きベクトルが異なる場合を示すことも可能である。この場合には第2番目と第3番目の両方で、分割単位毎に参照画像指定情報を符号化する必要がある。
【0079】
また、参照画像指定番号の特定の番号をフレーム内符号化の指定に割り当てることにより、分割単位がフレーム内符号化を行うことを指定することも可能である。この場合、動き探索部102では、動き探索コストとしてフレーム内符号化を行う場合のコストを算出する。このコストは例えば式(1)と(3)によって計算される。
【0080】
【数3】
【0081】
また、分割パターン情報を分割パターン番号によって示したが、分割位置を2値画像符号化により符号化する方法も可能である。例えば、図9における、第2の分割パターン情報の2−15または3−15に、分割位置を2値画像符号化データによって示す事を割り当てることも可能である。
【0082】
この場合の画像符号化装置の構成例は図3のようになる。図1の構成に追加して、入力画像の特徴量を解析する画像解析部117と、画像解析部で得られる情報から分割位置を決定する分割領域指定部118と、分割領域情報をJBIGにより符号化する分割領域符号化部106とを備える。
【0083】
まず、画像解析部117は入力画像のエッジを検出し、分割領域指定部118はエッジに沿って画像を2分割する分割位置を決定する。その後、上記の画像符号化装置の動作例と同様に動き探索部102が各分割パターンに対する動き探索コストの最小値を求める。第2の分割パターン2−15と3−15の際に使用される動き探索コストは式(4)で計算される。MADiは、フレーム間予測符号化を用いる場合には式(2)を使い、フレーム内予測符号化を用いる場合には式(3)を使う。N(Bi)は分割領域iの領域情報符号量である。
【0084】
【数4】
【0085】
動き探索コストの最小値を求めた結果、第2の分割パターン2−15または3−15が最小となった場合には、第1の分割パターン情報と第2の分割パターン情報の他に、分割領域情報もJBIGにより符号化して出力する。
【0086】
ここで出来る符号化データを復号する画像復号装置の構成例を図4に示す。図2の構成に追加して、分割領域情報を復号する分割領域復号部120を備える。第2分割パターン復号部113が2−15または3−15を復号すると、分割領域復号部120は分割領域情報をJBIGを使って復号して、分割位置を求める。
【0087】
なお、実施形態では、参照画像を複数フレーム分備えたが、1フレーム分備える構成にすることも可能である。この場合には画像符号化装置と画像復号装置に参照画像メモリを備えない。また、第1の分割パターンは図7または図8となる。
【0088】
また、本実施形態では2分割する場合の実施形態を示したが、本方式はN分割(Nは整数)する方法に適用することも可能である。この場合には第2の分割パターンとして、N分割する分割パターンを定義する。更に、2分割する分割パターンも図9に記載のパターン以外の分割パターンも定義することが可能である。
【0089】
また、本実施形態では、分割位置を画像符号化装置内で決定する場合に、マクロブロック毎に分割領域情報を符号化したが、分割領域情報はフレーム毎に符号化しても良い。例えば、MPEG−4における任意形状画像符号化方式のように、分割領域情報が画像符号化装置内で決定されるのではなく、予め指定される場合にはフレーム毎に分割領域情報を符号化しておき、その分割領域情報に従って各マクロブロックを2分割する。
【0090】
また、動き補償において、平行移動だけではなく、回転や拡大を行うことも好適である。例えば、文献「石川ら、“マルチパラメータ動き補償を用いた動画像の3D/2Dハイブリッド符号化、”信学技報IE2001-76,pp.15-22,2001」では、回転運動に対して回転角度を示す情報によって予測画像を作成して回転角度情報を符号化する方法や、拡大運動に対して拡大率を示す情報によって予測画像を作成して拡大率情報を符号化する方法を用いている。
【0091】
また、画像情報と予測誤差の符号化には、DCTやアダマール変換やWavelet変換等の直交変換や、ベクトル量子化を用いても良い。さらに、複数フレーム分の画像情報をまとめて直交変換しても良い。例えば、文献「石川ら、“マルチパラメータ動き補償を用いた動画像の3D/2Dハイブリッド符号化、”信学技報IE2001-76,pp.15-22,2001」のように、複数フレーム分の画像情報をDCTしたり、文献「J.-R.Ohm,"Three-dimentional subband coding with motion compensation,"IEEE Trans.,Image Process.,vol.3,pp.559-571,1994」のように複数フレーム分の画像情報をWavelet変換しても良い。
【0092】
なお、本発明は、図1〜図4に示した方法又は装置の一部又は全部の処理機能をプログラムとして構成してコンピュータを用いて実現すること、あるいはこれら処理手順をプログラムとして構成してコンピュータに実行させることができる。また、コンピュータでその各部の処理機能を実現するためのプログラム、あるいはコンピュータにその処理手順を実行させるためのプログラムを、そのコンピュータが読み取り可能な記録媒体、例えば、FD(フロッピーディスク:登録商標)、MO、ROM、メモリカード、CD、DVD、リムーバブルディスクなどに記録して、保存したり、提供したりすることが可能であり、また、インターネットのような通信ネットワークを介して配布したりすることが可能である。
【0093】
【発明の効果】
本発明によれば、領域毎に画像を符号化するときに、第1の分割パターン情報では領域を更に複数に分割することを示す情報のみ符号化し、第2の分割パターン情報で分割位置を示す情報を符号化することができる。
【0094】
更に、分割数の多い分割パターンで分割する場合の、第1の分割パターン情報の符号量を低減することができる。
【0095】
従って、符号量の増加を抑えつつ、画面内に前景と背景が有る場合に前景と背景の境界部分で2分割することが可能となり、より予測誤差を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態における画像符号化装置の構成1。
【図2】実施形態における画像復号装置の構成1。
【図3】実施形態における画像符号化装置の構成2。
【図4】実施形態における画像復号装置の構成2。
【図5】分割パターン例1。
【図6】分割パターン例2。
【図7】分割パターン例3。
【図8】分割パターン例4。
【図9】分割パターン例5。
【図10】分割パターン例6。
【図11】ブロック内画素生成の例。
【符号の説明】
101…画像入力部
102…動き探索部
103…動き補償予測誤差符号化部
104…第1分割指定部
105…第2分割指定部
106…分割決定部
107…参照画像メモリ
108…参照画像指定符号化部
109…動きベクトル符号化部
110…第1分割パターン符号化部
111…第2分割パターン符号化部
112…第1分割パターン復号部
113…第2分割パターン復号部
114…動きベクトル復号部
115…参照画像指定復号部
116…動き補償予測誤差復号部
117…画像解析部
118…分割領域指定部
119…分割領域符号化部
120…分割領域復号部
Claims (20)
- 画面を領域に分割し領域毎に符号化する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画面を領域に分割し領域毎に符号化する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する情報および分割位置を表す分割領域情報で分割位置を指定することを示す情報によって構成される第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
分割位置を表す分割領域情報を符号化する分割領域情報符号化過程と、
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 領域毎に動き補償を行う、請求項1または2に記載の動画像符号化方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に動きベクトルを符号化する動きベクトル符号化過程を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 参照画像を複数蓄積して領域毎に参照画像を指定する、請求項1または2に記載の動画像符号化方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に参照画像を指定する情報を符号化する参照画像指定情報符号化過程を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じベクトルを使用することを示す情報または分割領域が異なる動きベクトルを使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン動きベクトル符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像符号化方法であって、
分割された領域の動き探索結果から決定された分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じ参照画像を使用することを示す情報または分割領域が異なる参照画像を使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を符号化する第1分割パターン参照画像符号化過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化過程と、
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画面を領域に分割した領域毎に復号する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を復号する第1分割パターン復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
を有することを特徴とする動画像復号方法。 - 画面を領域に分割した領域毎に復号する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を復号する第1分割パターン復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する情報および分割位置を表す分割領域情報で分割位置を指定することを示す情報によって構成される第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
分割位置を表す分割領域情報を復号する分割領域情報復号過程と、
を有することを特徴とする動画像復号方法。 - 領域毎に動き補償を行う、請求項7または8に記載の動画像復号方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に動きベクトルを復号する動きベクトル復号過程を有することを特徴とする動画像復号方法。 - 参照画像を複数蓄積して領域毎に参照画像を指定する、請求項7または8に記載の動画像復号方法であって、
予め設定された個数に分割した分割領域毎に参照画像を指定する情報を復号する参照画像指定情報復号過程を有することを特徴とする動画像復号方法。 - 画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じ動きベクトルを使用することを示す情報または分割領域が異なる動きベクトルを使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを復号する第1分割パターン動きベクトル復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
を有することを特徴とする動画像復号方法。 - 画面を領域に分割し、領域毎に動き補償を行い、領域毎に参照画像を指定する動画像復号方法であって、
分割パターン情報および領域を予め設定された個数に分割し、かつ分割領域が同じ参照画像を使用することを示す情報または分割領域が異なる参照画像を使用することを示す情報によって構成される第1の分割パターンを示す情報を復号する第1分割パターン参照画像復号過程と、
予め設定された個数に分割する場合に予め設定した分割位置を指定する第2の分割パターン情報を復号する第2分割パターン復号過程と、
を有することを特徴とする動画像復号方法。 - 画面を領域に分割し領域毎に参照画像を変更し動き補償を行う動画像符号化装置であって、
画像を入力する画像入力部と、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターンを指定する第1分割指定部と、
第1分割指定部で更に予め設定された個数に分割されることを指定した場合に、その分割位置を示す第2の分割パターンを指定する第2分割指定部と、
第1分割指定部あるいは第2分割指定部からの分割パターン情報に従って分割される分割単位毎に参照画像も変更しながら動き探索を行う動き探索部と、
参照画像を蓄積する参照画像メモリと、
動き探索結果から領域の分割パターンを決定する分割決定部と、
動き補償を行い、予測誤差を符号化する動き補償予測誤差符号化部と、
動きベクトルを符号化する動きベクトル符号化部と、
参照画像を指定する情報を符号化する参照画像指定符号化部と、
第1の分割パターン情報を符号化する第1分割パターン符号化部と、
第2の分割パターン情報を符号化する第2分割パターン符号化部と、
を備えたことを特徴とする動画像符号化装置。 - 請求項13に記載の動画像符号化装置であって、
入力画像の特徴量を解析する画像解析部と、
画像解析部で得られる情報から分割位置を決定する分割領域指定部と、
分割位置を表す分割領域情報を符号化する分割領域符号化部と、
を備えた事を特徴とする動画像符号化装置。 - 画面を領域に分割し領域毎に参照画像を変更し動き補償を行う動画像復号装置であって、
分割パターン情報および予め設定された個数に分割するかどうかを示す情報によって構成される第1の分割パターン情報を復号する第1分割パターン復号部と、
第1分割パターン復号部で予め設定された個数に分割する情報を復号した場合に第2分割パターンを復号する第2分割パターン復号部と、
動きベクトルを復号する動きベクトル復号部と、
参照画像指定情報を復号する参照画像指定情報復号部と、
参照画像を蓄積する参照画像メモリと、
動き補償を行い、予測誤差を復号する動き補償予測誤差復号部と、
を備えたことを特徴とする動画像復号装置。 - 請求項15に記載の動画像復号装置であって、
分割位置を表す分割領域情報を復号する分割領域復号部を備えたことを特徴とする動画像復号装置。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載の動画像符号化方法、または請求項13、14のいずれか1項に記載の動画像符号化装置を、コンピュータで実行可能なプログラムとして構成したことを特徴とする動画像符号化プログラム。
- 請求項7〜12のいずれか1項に記載の動画像復号方法、または請求項15、16のいずれか1項に記載の動画像復号装置を、コンピュータで実行可能なプログラムとして構成したことを特徴とする動画像復号プログラム。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載の動画像符号化方法、または請求項13、14のいずれか1項に記載の動画像符号化装置を、コンピュータで実行可能にしたプログラムを、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録したことを特徴とする動画像符号化プログラムを記録した記録媒体。
- 請求項7〜12のいずれか1項に記載の動画像復号方法、または請求項15、16のいずれか1項に記載の動画像復号装置を、コンピュータで実行可能にしたプログラムを、コンピュータが読取可能な記録媒体に記録したことを特徴とする動画像復号プログラムを記録した記録媒体。
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