JP4264571B2 - ディジタル画像復号装置及び方法、並びに記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル画像復号装置及び方法、並びに記録媒体に関し、特に、フレームメモリのバンド幅の使用効率を改善することができるようにしたディジタル画像復号装置及び方法、並びに記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のMPEG2（Moving Picture Experts Group 2）方式のディジタル画像復号装置の構成例を図９に示す。MPEG2方式によって圧縮符号化された画像データがＩＣ７０のFIFO (First In First Out)部７１に供給されると、FIFO部７１は、画像データを一時的に記憶し、その後に可変長復号部７２に供給する。
【０００３】
可変長復号部７２は、FIFO部７１より供給されたデータを可変長復号し、動きベクトルを動き補償予測部７７に、また、量子化ステップを逆量子化部７３に、それぞれ出力するとともに、復号された画像データを逆量子化部７３に出力する。
【０００４】
逆量子化部７３は、可変長復号部７２より供給された画像データを、同じく可変長復号部７２より供給された量子化ステップに従って逆量子化し、逆DCT（離散コサイン変換）変換部７４に出力する。逆量子化部７３より出力されたデータ（DCT変換係数）は、逆DCT変換部７４で、逆DCT変換処理され、元の画像データに戻される。逆DCT変換部７４は、このデータを、動き補償予測部７７が演算器７５に出力するデータと同一の配列状態になるように並び替えを行い、演算器７５に出力する。
【０００５】
イントラ（フレーム内処理）モードの場合、逆DCT変換部７４で、逆DCT変換された画像データがそのまま復号画像データとして出力される。
【０００６】
動き補償予測モードの場合、動き補償予測部７７は、可変長復号部７２より供給される動きベクトルと、ＩＣ７０に対して外付けされているフレームメモリ７６に記憶されている参照画像を用いて予測値を演算する。演算器７５は、逆DCT変換部７４から供給される画像データ（差分データ）と動き補償予測部７７から供給される予測値とを加算して、復号画像データとして出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成では、マクロブロック（１６×１６画素）の動き補償予測値を求める場合、動き補償予測部７７は、参照画像データとして１７×１７画素の画像データを、前方向及び後方向それぞれフレームメモリ７６から読み出さなければならない（ライン単位ではなく、ブロック単位で読み出さなければならない）。そのため、動き補償予測部７７は、ＩＣ７０に対して外付けのフレームメモリ７６の読み出しアドレスの切り替えを頻繁に行わなければならず、高速な読み出しができず、その間に待ち時間が発生するという課題があった。
【０００８】
また、待ち時間の間、動き補償予測部７７は、参照画像データの読み込みができないため、フレームメモリ７６のバンド幅の使用効率が悪いという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、フレームメモリ７６のバンド幅の使用効率を改善することを可能とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のディジタル画像復号装置は、入力される画像データを復号する復号手段と、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段と、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段と、参照画像データを記憶する第１の記憶手段と、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段と、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算手段と、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段とを備え、復号手段と逆量子化手段と変換手段と動き補償予測手段と演算手段と第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、第１の記憶手段は、ＩＣとは別付けのメモリとされる。
【００１１】
請求項３に記載のディジタル画像復号方法は、復号手段が、入力される画像データを復号する復号ステップと、逆量子化手段が、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化ステップと、変換手段が、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換ステップと、動き補償予測手段が、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測ステップと、演算手段が、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算ステップと、第２の記憶手段が、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶ステップとを含む。
【００１２】
請求項４に記載の記録媒体は、復号手段が、入力される画像データを復号する復号ステップと、逆量子化手段が、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化ステップと、変換手段が、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換ステップと、動き補償予測手段が、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測ステップと、演算手段が、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算ステップと、第２の記憶手段が、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶ステップとを含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
【００１３】
請求項１に記載のディジタル画像復号装置においては、復号手段が、入力される画像データを復号し、逆量子化手段が、復号手段から供給される画像データを逆量子化し、変換手段が、逆量子化手段から供給されるデータを変換し、第１の記憶手段が、参照画像データを記憶し、動き補償予測手段が、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算し、演算手段が、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算し、第２の記憶手段が、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する。また、復号手段と逆量子化手段と変換手段と動き補償予測手段と演算手段と第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、第１の記憶手段は、ＩＣとは別付けのメモリとされる。
【００１４】
請求項３に記載のディジタル画像復号方法及び請求項４に記載の記録媒体においては、復号ステップで、入力される画像データを復号し、逆量子化ステップで、復号手段から供給される画像データを逆量子化し、変換ステップで、逆量子化手段から供給されるデータを変換し、動き補償予測ステップで、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算し、演算ステップで、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算し、第２の記憶ステップで、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測ステップに供給する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と、以下の実施の形態との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括弧内に、対応する実施の形態（但し一例）を付加して本発明の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記載は、各手段を記載したものに限定することを意味するものではない。
【００１６】
即ち、請求項１に記載のディジタル画像復号装置は、入力される画像データを復号する復号手段（例えば、図１に示す可変長復号部１２）と、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段（例えば、図１に示す逆量子化部１３）と、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段（例えば、図１に示す逆DCT変換部１４）と、参照画像データを記憶する第１の記憶手段（例えば、図１に示すフレームメモリ２）と、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段（例えば、図１に示す動き補償予測部１７）と、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算手段（例えば、図１に示す演算器１５）と、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段（例えば、図１に示す動き補償用バッファメモリ１６）とを備え、復号手段と逆量子化手段と変換手段と動き補償予測手段と演算手段と第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、第１の記憶手段は、ＩＣとは別付けのメモリとされる。
【００１７】
図１は、本発明のディジタル画像復号装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。ここで、FIFO部１１、可変長復号部１２、逆量子化部１３、逆DCT変換部１４、演算器１５、動き補償用バッファメモリ１６、及び動き補償予測部１７は、集積化されてＩＣ１を構成している。フレームメモリ２は、ＩＣ１とは別の外付けのメモリとされている。
【００１８】
MPEG2方式によって圧縮符号化された画像データがFIFO部１１に供給されると、FIFO部１１は、画像データを一時的に記憶し、その後に可変長復号部１２に供給する。
【００１９】
可変長復号部１２は、FIFO部１１より供給されたデータを可変長復号し、動きベクトルを動き補償予測部１７に、また、量子化ステップを逆量子化部１３に、それぞれ出力するとともに、復号された画像データを逆量子化部１３に出力する。
【００２０】
逆量子化部１３は、可変長復号部１２より供給された画像データを、同じく可変長復号部１２より供給された量子化ステップに従って逆量子化し、逆DCT変換部１４に出力する。逆量子化部１３より出力されたデータ（DCT変換係数）は、逆DCT変換部１４で、逆DCT変換処理され、元の画像データに戻される。逆DCT変換部１４は、このデータを、動き補償予測部１７が演算器１５に出力するデータ（予測値）と同一の配列状態（ラインスキャン配列状態）になるように並び替えを行い、演算器１５に出力する。
【００２１】
尚、ここでGOP（Group of Picture）は、図２に示すように、Ｉ，Ｂ，Ｂ，Ｐ，Ｂ，Ｂ，Ｐピクチャの順に符号化されているものとする。
【００２２】
逆DCT変換部１４より供給された画像データが、Ｉピクチャのデータである場合、そのデータは演算器１５より出力され、演算器１５に後に入力される画像データ（ＰピクチャまたはＢピクチャのデータ）の予測画像データ生成のための参照画像データとして、フレームメモリ２の前方予測画像部（図示せず）に供給されて記憶される。
【００２３】
逆DCT変換部１４より供給された画像データが、その３フレーム前の画像データを参照画像データとするＰピクチャのデータであって、前方予測モードのデータである場合、フレームメモリ２の前方予測画像部（図示せず）に記憶されている３フレーム前の参照画像データ（Ｉピクチャのデータ）が動き補償用バッファメモリ１６を介して読み出され、動き補償予測部１７で可変長復号部１２より出力された動きベクトルに対応する動き補償が施され、予測画像データとされる。この予測画像データは、演算器１５において、逆DCT変換部１４より供給された画像データ（差分のデータ）と加算され、出力される。この加算されたデータ、即ち、復号されたＰピクチャのデータは、演算器１５に後に入力される画像データ（ＢピクチャまたはＰピクチャのデータ）の予測画像データ生成のための参照画像データとして、フレームメモリ２の後方予測画像部（図示せず）に供給されて記憶される。
【００２４】
逆DCT変換部１４より供給された画像データが、Ｂピクチャのデータである場合、可変長復号部１２より供給された予測モードに対応して、フレームメモリ２の前方予測画像部に記憶されているＩピクチャの参照画像データ（前方予測モードの場合）、後方予測画像部に記憶されているＰピクチャの参照画像データ（後方予測モードの場合）、または、その両方の参照画像データ（両方向予測モードの場合）が、動き補償用バッファメモリ１６を介して読み出され、動き補償予測部１７において、可変長復号部１２より出力された動きベクトルに対応する動き補償が施されて、予測画像が生成される。この予測画像データは、演算器１５において、逆DCT変換部１４より供給された画像データ（差分のデータ）と加算され、出力される。
【００２５】
図２は、GOP（Group of Picture）の一例を説明するための図である。図２に示すように、GOPはＩ，Ｐ，及びＢの３種類のピクチャから構成されている。Ｉピクチャは、画面内（フレーム内）のDCT符号化処理が行われている。Ｐピクチャは、時間的に前の既に復号化されたＩまたはＰピクチャを参照画像として、動き補償予測が行われる。Ｂピクチャは、時間的に前または後に位置するＩまたはＰピクチャを参照画像として、前方、後方、または両方向の動き補償予測が行われる。
【００２６】
次に、動き補償予測部１７における予測値の演算手法について、図３乃至図５を参照して説明する。図３に示すように、動き補償予測は、時間的に前後に位置するＩまたはＰピクチャからの前方向、後方向、または両方向のいずれかの方向に行われる。動き補償予測部１７は、復号画面３２上で復号されるマクロブロック（１６×１６画素）の位置と、マクロブロックに対して動きベクトルから求めた位置の参照画像データ（前方参照画面３１及び後方参照画面３３）に基づいて、復号するマクロブロックの各画素の予測値を求めている。
【００２７】
図４は、マクロブロック（１６×１６画素）単位で行われる動き補償予測を説明するための図である。復号マクロブロック４２の各画素に対して動きベクトルから前方参照画像データ４１（１７×１７画素）及び後方参照画像データ４３（１７×１７画素）上の参照画素が決定される。
【００２８】
その後、動き補償予測部１７は、各画素間を１：１で直線補間した１／２画素精度までの予測を行う。この様子が図５に示されている。黒丸のＸ（ｉ，ｊ），Ｘ（ｉ＋１，ｊ），Ｘ（ｉ，ｊ＋１），及びＸ（ｉ＋１，ｊ＋１）の４画素が参照画素を、画素ａ乃至ｅが予測画素を示している。画素ａ及びｅの値は水平方向の２画素の平均から、画素ｂ及びｄの値は垂直方向の２画素の平均から、画素ｃの値は４画素の平均から、それぞれ求められる。このため、前後両方向に動き補償予測を行う場合、１マクロブロックあたり、１７×１７画素の参照画像データが前方向と後方向にそれぞれ必要とされる。
【００２９】
ここで、画像サイズが水平方向１９２０画素、垂直方向１０８８画素であるＭＰ＠ＨＬの映像信号について説明する。ＭＰ＠ＨＬの画像データの輝度信号と色差信号の関係は４：２：０とされ、色差信号の画素数は水平方向、垂直方向ともに、輝度信号の１／２とされている。また、動きベクトルの水平方向の参照可能領域は、−１９２０乃至＋１９２０の範囲に制限されている。動きベクトルの垂直方向の参照可能領域は、フレームピクチャの場合、−１２８乃至＋１２７．５の範囲に、フィールドピクチャの場合、−６４乃至＋６３．５の範囲に、それぞれ制限されている。
【００３０】
図６は、現在復号を行っているマクロブロックの垂直位置と、動き補償予測値を演算する際に、動きベクトルによって参照される可能性のある領域との関係を説明するための図である。フレーム５２では、中央の１スライス（１６ライン）において、現在復号が行われていることを示している。この１スライスを挟んで、−１２８乃至＋１２７．５ラインの範囲が動きベクトルによって参照される可能性のある領域である。即ち、この領域の画像データが動き補償用バッファメモリ１６に保持される。フレーム５１は、フレームの先頭付近での様子を、フレーム５３は、最終付近での様子を、それぞれ示している。これらのフレームでは、最上ラインより上、または最下ラインより下のラインが必要とされるが、そのようなラインは実際には存在しないので、最上ラインまたは最下ラインでのデータが保持される。
【００３１】
次に、動き補償用バッファメモリ１６で必要とされるメモリ容量について説明する。輝度信号の場合、図６に示すように、前方向及び後方向の予測のために、それぞれ上方向動きベクトル参照用として１２８ライン、下方向動きベクトル参照用として１２８ライン、そして、現在復号を行っているマクロブロックの大きさである１６ラインの、合計２７２ライン分の容量が必要とされる。また、フレームメモリ２から動き補償用バッファメモリ１６へのデータ転送用としてマクロブロックの大きさである１６ラインも含めると２８８ライン分の容量が必要とされる。色差信号（２種類）の場合、輝度信号で必要とされるメモリ容量２８８ラインの半分の１４４ライン分の容量がそれぞれ必要とされる。
【００３２】
次に、ピクチャを復号する場合の動作について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、Ｉピクチャを復号する場合の動作を説明するためのフローチャートである。先ず、ステップＳ１において、前ピクチャの最終ラインから数えて１４４ライン目以降（５９スライス以降）を復号している時間（図８のｔ１，ｔ３）において、参照画像の先頭から１４４ライン分の画像データを、前方参照画像及び後方参照画像のそれぞれについて、フレームメモリ２から動き補償バッファメモリ１６にライン単位で転送する。これは、ピクチャの先頭のマクロブロックの復号を開始する場合、動きベクトルによって参照される可能性のある領域は、参照画像の先頭からマクロブロックの大きさである１６ラインと下方向動きベクトルの最大参照画像範囲である１２８ラインを加算した１４４ラインとなっているからである。
【００３３】
ステップＳ２において、動き補償予測部１７は、動きベクトルに基づいて必要な画像データを、マクロブロック単位（または、マクロブロックを構成する２×２個のブロック単位）で動き補償用バッファメモリ１６から読み出し、ステップＳ３に進む。ステップＳ３において、動き補償予測部１７は、マクロブロックの動き補償予測値を演算する。
【００３４】
動き補償用バッファメモリ１６は、動き補償予測部１７と同一のＩＣ１内に形成されているため、マクロブロック単位でも十分な速さで転送を行うことが可能である。また、フレームメモリ２から動き補償用バッファメモリ１６への転送は、ライン単位で行うことができるので、バースト転送などの高速な転送が可能となる。従って、フレームメモリ２のバンド幅の使用効率を、マクロブロック単位で転送する場合に比べて向上させることができる。
【００３５】
Ｉピクチャの復号には予測画像は不要であるから、図８に示すように、Ｉピクチャを復号している期間（図８のｔ２）においては、新たに参照画像データを転送する必要はない。また、次のＢピクチャ復号のために、Ｉピクチャの５９スライス以降を復号している期間（図８のｔ３）においては、参照画像の先頭から１４４ライン分の画像データを、前方参照画像及び後方参照画像のそれぞれについて、フレームメモリ２から動き補償バッファメモリ１６に転送する。
【００３６】
Ｂピクチャの１乃至５９スライスを復号している期間（図８のｔ４）においては、参照画像データの１４４ライン乃至１０８８ラインの画像データが転送される。以下、同様の処理が繰り返される。
【００３７】
尚、本明細書中において、上記処理を実行するコンピュータプログラムをユーザに提供する提供媒体には、磁気ディスク、CD-ROMなどの情報記録媒体の他、インターネット、ディジタル衛星などのネットワークによる伝送媒体も含まれる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載のディジタル画像復号装置、請求項３に記載のディジタル画像復号方法、及び請求項４に記載の記録媒体によれば、動き補償予測の際、参照される可能性のある範囲の画像データを、参照画像データとは別に記憶するようにしたので、参照画像データの記憶部のバンド幅の使用効率を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディジタル画像復号装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】グループオブピクチャを説明するための図である。
【図３】動き補償予測値の演算手法を説明するための図である。
【図４】マクロブロックと参照画像データを説明するための図である。
【図５】１／２画素精度の動き補償予測値の演算方法を説明するための図である。
【図６】復号マクロブロックの垂直位置と動きベクトルによって参照される可能性のある領域を説明するための図である。
【図７】Ｉピクチャ復号の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】復号スライス垂直位置と画像データ転送タイミングの関係を説明するための図である。
【図９】従来のディジタル画像復号装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，７０ ＩＣ， ２，７６ フレームメモリ， １１，７１ FIFO部， １２，７２ 可変長復号部， １３，７３ 逆量子化部， １４，７４ 逆DCT変換部， １５，７５ 演算器， １６ 動き補償用バッファメモリ， １７，７７ 動き補償予測部， ３１ 前方参照画面， ３２ 復号画面， ３３ 後方参照画面， ４１ 前方参照画像データ， ４２ 復号マクロブロック， ４３後方参照画像データ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディジタル画像復号装置及び方法、並びに記録媒体に関し、特に、フレームメモリのバンド幅の使用効率を改善することができるようにしたディジタル画像復号装置及び方法、並びに記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のMPEG2（Moving Picture Experts Group 2）方式のディジタル画像復号装置の構成例を図９に示す。MPEG2方式によって圧縮符号化された画像データがＩＣ７０のFIFO (First In First Out)部７１に供給されると、FIFO部７１は、画像データを一時的に記憶し、その後に可変長復号部７２に供給する。
【０００３】
可変長復号部７２は、FIFO部７１より供給されたデータを可変長復号し、動きベクトルを動き補償予測部７７に、また、量子化ステップを逆量子化部７３に、それぞれ出力するとともに、復号された画像データを逆量子化部７３に出力する。
【０００４】
逆量子化部７３は、可変長復号部７２より供給された画像データを、同じく可変長復号部７２より供給された量子化ステップに従って逆量子化し、逆DCT（離散コサイン変換）変換部７４に出力する。逆量子化部７３より出力されたデータ（DCT変換係数）は、逆DCT変換部７４で、逆DCT変換処理され、元の画像データに戻される。逆DCT変換部７４は、このデータを、動き補償予測部７７が演算器７５に出力するデータと同一の配列状態になるように並び替えを行い、演算器７５に出力する。
【０００５】
イントラ（フレーム内処理）モードの場合、逆DCT変換部７４で、逆DCT変換された画像データがそのまま復号画像データとして出力される。
【０００６】
動き補償予測モードの場合、動き補償予測部７７は、可変長復号部７２より供給される動きベクトルと、ＩＣ７０に対して外付けされているフレームメモリ７６に記憶されている参照画像を用いて予測値を演算する。演算器７５は、逆DCT変換部７４から供給される画像データ（差分データ）と動き補償予測部７７から供給される予測値とを加算して、復号画像データとして出力する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の構成では、マクロブロック（１６×１６画素）の動き補償予測値を求める場合、動き補償予測部７７は、参照画像データとして１７×１７画素の画像データを、前方向及び後方向それぞれフレームメモリ７６から読み出さなければならない（ライン単位ではなく、ブロック単位で読み出さなければならない）。そのため、動き補償予測部７７は、ＩＣ７０に対して外付けのフレームメモリ７６の読み出しアドレスの切り替えを頻繁に行わなければならず、高速な読み出しができず、その間に待ち時間が発生するという課題があった。
【０００８】
また、待ち時間の間、動き補償予測部７７は、参照画像データの読み込みができないため、フレームメモリ７６のバンド幅の使用効率が悪いという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、フレームメモリ７６のバンド幅の使用効率を改善することを可能とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載のディジタル画像復号装置は、入力される画像データを復号する復号手段と、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段と、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段と、参照画像データを記憶する第１の記憶手段と、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段と、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算手段と、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段とを備え、復号手段と逆量子化手段と変換手段と動き補償予測手段と演算手段と第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、第１の記憶手段は、ＩＣとは別付けのメモリとされる。
【００１１】
請求項３に記載のディジタル画像復号方法は、復号手段が、入力される画像データを復号する復号ステップと、逆量子化手段が、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化ステップと、変換手段が、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換ステップと、動き補償予測手段が、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測ステップと、演算手段が、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算ステップと、第２の記憶手段が、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶ステップとを含む。
【００１２】
請求項４に記載の記録媒体は、復号手段が、入力される画像データを復号する復号ステップと、逆量子化手段が、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化ステップと、変換手段が、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換ステップと、動き補償予測手段が、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測ステップと、演算手段が、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算ステップと、第２の記憶手段が、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶ステップとを含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録する。
【００１３】
請求項１に記載のディジタル画像復号装置においては、復号手段が、入力される画像データを復号し、逆量子化手段が、復号手段から供給される画像データを逆量子化し、変換手段が、逆量子化手段から供給されるデータを変換し、第１の記憶手段が、参照画像データを記憶し、動き補償予測手段が、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算し、演算手段が、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算し、第２の記憶手段が、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する。また、復号手段と逆量子化手段と変換手段と動き補償予測手段と演算手段と第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、第１の記憶手段は、ＩＣとは別付けのメモリとされる。
【００１４】
請求項３に記載のディジタル画像復号方法及び請求項４に記載の記録媒体においては、復号ステップで、入力される画像データを復号し、逆量子化ステップで、復号手段から供給される画像データを逆量子化し、変換ステップで、逆量子化手段から供給されるデータを変換し、動き補償予測ステップで、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算し、演算ステップで、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算し、第２の記憶ステップで、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測ステップに供給する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明するが、特許請求の範囲に記載の発明の各手段と、以下の実施の形態との対応関係を明らかにするために、各手段の後の括弧内に、対応する実施の形態（但し一例）を付加して本発明の特徴を記述すると、次のようになる。但し勿論この記載は、各手段を記載したものに限定することを意味するものではない。
【００１６】
即ち、請求項１に記載のディジタル画像復号装置は、入力される画像データを復号する復号手段（例えば、図１に示す可変長復号部１２）と、復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段（例えば、図１に示す逆量子化部１３）と、逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段（例えば、図１に示す逆DCT変換部１４）と、参照画像データを記憶する第１の記憶手段（例えば、図１に示すフレームメモリ２）と、参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段（例えば、図１に示す動き補償予測部１７）と、変換手段から出力される画像データと動き補償予測手段から出力される動き補償予測値を加算して、参照画像データを演算する演算手段（例えば、図１に示す演算器１５）と、第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、動き補償予測手段で参照される可能性のある、復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段（例えば、図１に示す動き補償用バッファメモリ１６）とを備え、復号手段と逆量子化手段と変換手段と動き補償予測手段と演算手段と第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、第１の記憶手段は、ＩＣとは別付けのメモリとされる。
【００１７】
図１は、本発明のディジタル画像復号装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。ここで、FIFO部１１、可変長復号部１２、逆量子化部１３、逆DCT変換部１４、演算器１５、動き補償用バッファメモリ１６、及び動き補償予測部１７は、集積化されてＩＣ１を構成している。フレームメモリ２は、ＩＣ１とは別の外付けのメモリとされている。
【００１８】
MPEG2方式によって圧縮符号化された画像データがFIFO部１１に供給されると、FIFO部１１は、画像データを一時的に記憶し、その後に可変長復号部１２に供給する。
【００１９】
可変長復号部１２は、FIFO部１１より供給されたデータを可変長復号し、動きベクトルを動き補償予測部１７に、また、量子化ステップを逆量子化部１３に、それぞれ出力するとともに、復号された画像データを逆量子化部１３に出力する。
【００２０】
逆量子化部１３は、可変長復号部１２より供給された画像データを、同じく可変長復号部１２より供給された量子化ステップに従って逆量子化し、逆DCT変換部１４に出力する。逆量子化部１３より出力されたデータ（DCT変換係数）は、逆DCT変換部１４で、逆DCT変換処理され、元の画像データに戻される。逆DCT変換部１４は、このデータを、動き補償予測部１７が演算器１５に出力するデータ（予測値）と同一の配列状態（ラインスキャン配列状態）になるように並び替えを行い、演算器１５に出力する。
【００２１】
尚、ここでGOP（Group of Picture）は、図２に示すように、Ｉ，Ｂ，Ｂ，Ｐ，Ｂ，Ｂ，Ｐピクチャの順に符号化されているものとする。
【００２２】
逆DCT変換部１４より供給された画像データが、Ｉピクチャのデータである場合、そのデータは演算器１５より出力され、演算器１５に後に入力される画像データ（ＰピクチャまたはＢピクチャのデータ）の予測画像データ生成のための参照画像データとして、フレームメモリ２の前方予測画像部（図示せず）に供給されて記憶される。
【００２３】
逆DCT変換部１４より供給された画像データが、その３フレーム前の画像データを参照画像データとするＰピクチャのデータであって、前方予測モードのデータである場合、フレームメモリ２の前方予測画像部（図示せず）に記憶されている３フレーム前の参照画像データ（Ｉピクチャのデータ）が動き補償用バッファメモリ１６を介して読み出され、動き補償予測部１７で可変長復号部１２より出力された動きベクトルに対応する動き補償が施され、予測画像データとされる。この予測画像データは、演算器１５において、逆DCT変換部１４より供給された画像データ（差分のデータ）と加算され、出力される。この加算されたデータ、即ち、復号されたＰピクチャのデータは、演算器１５に後に入力される画像データ（ＢピクチャまたはＰピクチャのデータ）の予測画像データ生成のための参照画像データとして、フレームメモリ２の後方予測画像部（図示せず）に供給されて記憶される。
【００２４】
逆DCT変換部１４より供給された画像データが、Ｂピクチャのデータである場合、可変長復号部１２より供給された予測モードに対応して、フレームメモリ２の前方予測画像部に記憶されているＩピクチャの参照画像データ（前方予測モードの場合）、後方予測画像部に記憶されているＰピクチャの参照画像データ（後方予測モードの場合）、または、その両方の参照画像データ（両方向予測モードの場合）が、動き補償用バッファメモリ１６を介して読み出され、動き補償予測部１７において、可変長復号部１２より出力された動きベクトルに対応する動き補償が施されて、予測画像が生成される。この予測画像データは、演算器１５において、逆DCT変換部１４より供給された画像データ（差分のデータ）と加算され、出力される。
【００２５】
図２は、GOP（Group of Picture）の一例を説明するための図である。図２に示すように、GOPはＩ，Ｐ，及びＢの３種類のピクチャから構成されている。Ｉピクチャは、画面内（フレーム内）のDCT符号化処理が行われている。Ｐピクチャは、時間的に前の既に復号化されたＩまたはＰピクチャを参照画像として、動き補償予測が行われる。Ｂピクチャは、時間的に前または後に位置するＩまたはＰピクチャを参照画像として、前方、後方、または両方向の動き補償予測が行われる。
【００２６】
次に、動き補償予測部１７における予測値の演算手法について、図３乃至図５を参照して説明する。図３に示すように、動き補償予測は、時間的に前後に位置するＩまたはＰピクチャからの前方向、後方向、または両方向のいずれかの方向に行われる。動き補償予測部１７は、復号画面３２上で復号されるマクロブロック（１６×１６画素）の位置と、マクロブロックに対して動きベクトルから求めた位置の参照画像データ（前方参照画面３１及び後方参照画面３３）に基づいて、復号するマクロブロックの各画素の予測値を求めている。
【００２７】
図４は、マクロブロック（１６×１６画素）単位で行われる動き補償予測を説明するための図である。復号マクロブロック４２の各画素に対して動きベクトルから前方参照画像データ４１（１７×１７画素）及び後方参照画像データ４３（１７×１７画素）上の参照画素が決定される。
【００２８】
その後、動き補償予測部１７は、各画素間を１：１で直線補間した１／２画素精度までの予測を行う。この様子が図５に示されている。黒丸のＸ（ｉ，ｊ），Ｘ（ｉ＋１，ｊ），Ｘ（ｉ，ｊ＋１），及びＸ（ｉ＋１，ｊ＋１）の４画素が参照画素を、画素ａ乃至ｅが予測画素を示している。画素ａ及びｅの値は水平方向の２画素の平均から、画素ｂ及びｄの値は垂直方向の２画素の平均から、画素ｃの値は４画素の平均から、それぞれ求められる。このため、前後両方向に動き補償予測を行う場合、１マクロブロックあたり、１７×１７画素の参照画像データが前方向と後方向にそれぞれ必要とされる。
【００２９】
ここで、画像サイズが水平方向１９２０画素、垂直方向１０８８画素であるＭＰ＠ＨＬの映像信号について説明する。ＭＰ＠ＨＬの画像データの輝度信号と色差信号の関係は４：２：０とされ、色差信号の画素数は水平方向、垂直方向ともに、輝度信号の１／２とされている。また、動きベクトルの水平方向の参照可能領域は、−１９２０乃至＋１９２０の範囲に制限されている。動きベクトルの垂直方向の参照可能領域は、フレームピクチャの場合、−１２８乃至＋１２７．５の範囲に、フィールドピクチャの場合、−６４乃至＋６３．５の範囲に、それぞれ制限されている。
【００３０】
図６は、現在復号を行っているマクロブロックの垂直位置と、動き補償予測値を演算する際に、動きベクトルによって参照される可能性のある領域との関係を説明するための図である。フレーム５２では、中央の１スライス（１６ライン）において、現在復号が行われていることを示している。この１スライスを挟んで、−１２８乃至＋１２７．５ラインの範囲が動きベクトルによって参照される可能性のある領域である。即ち、この領域の画像データが動き補償用バッファメモリ１６に保持される。フレーム５１は、フレームの先頭付近での様子を、フレーム５３は、最終付近での様子を、それぞれ示している。これらのフレームでは、最上ラインより上、または最下ラインより下のラインが必要とされるが、そのようなラインは実際には存在しないので、最上ラインまたは最下ラインでのデータが保持される。
【００３１】
次に、動き補償用バッファメモリ１６で必要とされるメモリ容量について説明する。輝度信号の場合、図６に示すように、前方向及び後方向の予測のために、それぞれ上方向動きベクトル参照用として１２８ライン、下方向動きベクトル参照用として１２８ライン、そして、現在復号を行っているマクロブロックの大きさである１６ラインの、合計２７２ライン分の容量が必要とされる。また、フレームメモリ２から動き補償用バッファメモリ１６へのデータ転送用としてマクロブロックの大きさである１６ラインも含めると２８８ライン分の容量が必要とされる。色差信号（２種類）の場合、輝度信号で必要とされるメモリ容量２８８ラインの半分の１４４ライン分の容量がそれぞれ必要とされる。
【００３２】
次に、ピクチャを復号する場合の動作について、図７及び図８を参照して説明する。図７は、Ｉピクチャを復号する場合の動作を説明するためのフローチャートである。先ず、ステップＳ１において、前ピクチャの最終ラインから数えて１４４ライン目以降（５９スライス以降）を復号している時間（図８のｔ１，ｔ３）において、参照画像の先頭から１４４ライン分の画像データを、前方参照画像及び後方参照画像のそれぞれについて、フレームメモリ２から動き補償バッファメモリ１６にライン単位で転送する。これは、ピクチャの先頭のマクロブロックの復号を開始する場合、動きベクトルによって参照される可能性のある領域は、参照画像の先頭からマクロブロックの大きさである１６ラインと下方向動きベクトルの最大参照画像範囲である１２８ラインを加算した１４４ラインとなっているからである。
【００３３】
ステップＳ２において、動き補償予測部１７は、動きベクトルに基づいて必要な画像データを、マクロブロック単位（または、マクロブロックを構成する２×２個のブロック単位）で動き補償用バッファメモリ１６から読み出し、ステップＳ３に進む。ステップＳ３において、動き補償予測部１７は、マクロブロックの動き補償予測値を演算する。
【００３４】
動き補償用バッファメモリ１６は、動き補償予測部１７と同一のＩＣ１内に形成されているため、マクロブロック単位でも十分な速さで転送を行うことが可能である。また、フレームメモリ２から動き補償用バッファメモリ１６への転送は、ライン単位で行うことができるので、バースト転送などの高速な転送が可能となる。従って、フレームメモリ２のバンド幅の使用効率を、マクロブロック単位で転送する場合に比べて向上させることができる。
【００３５】
Ｉピクチャの復号には予測画像は不要であるから、図８に示すように、Ｉピクチャを復号している期間（図８のｔ２）においては、新たに参照画像データを転送する必要はない。また、次のＢピクチャ復号のために、Ｉピクチャの５９スライス以降を復号している期間（図８のｔ３）においては、参照画像の先頭から１４４ライン分の画像データを、前方参照画像及び後方参照画像のそれぞれについて、フレームメモリ２から動き補償バッファメモリ１６に転送する。
【００３６】
Ｂピクチャの１乃至５９スライスを復号している期間（図８のｔ４）においては、参照画像データの１４４ライン乃至１０８８ラインの画像データが転送される。以下、同様の処理が繰り返される。
【００３７】
尚、本明細書中において、上記処理を実行するコンピュータプログラムをユーザに提供する提供媒体には、磁気ディスク、CD-ROMなどの情報記録媒体の他、インターネット、ディジタル衛星などのネットワークによる伝送媒体も含まれる。
【００３８】
【発明の効果】
以上の如く、請求項１に記載のディジタル画像復号装置、請求項３に記載のディジタル画像復号方法、及び請求項４に記載の記録媒体によれば、動き補償予測の際、参照される可能性のある範囲の画像データを、参照画像データとは別に記憶するようにしたので、参照画像データの記憶部のバンド幅の使用効率を改善することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のディジタル画像復号装置の一実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】グループオブピクチャを説明するための図である。
【図３】動き補償予測値の演算手法を説明するための図である。
【図４】マクロブロックと参照画像データを説明するための図である。
【図５】１／２画素精度の動き補償予測値の演算方法を説明するための図である。
【図６】復号マクロブロックの垂直位置と動きベクトルによって参照される可能性のある領域を説明するための図である。
【図７】Ｉピクチャ復号の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】復号スライス垂直位置と画像データ転送タイミングの関係を説明するための図である。
【図９】従来のディジタル画像復号装置の実施例の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１，７０ ＩＣ， ２，７６ フレームメモリ， １１，７１ FIFO部， １２，７２ 可変長復号部， １３，７３ 逆量子化部， １４，７４ 逆DCT変換部， １５，７５ 演算器， １６ 動き補償用バッファメモリ， １７，７７ 動き補償予測部， ３１ 前方参照画面， ３２ 復号画面， ３３ 後方参照画面， ４１ 前方参照画像データ， ４２ 復号マクロブロック， ４３後方参照画像データ
Claims (4)
- 入力される画像データを復号する復号手段と、
前記復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段と、
前記逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段と、
参照画像データを記憶する第１の記憶手段と、
前記参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段と、
前記変換手段から出力される画像データと前記動き補償予測手段から出力される前記動き補償予測値を加算して、前記参照画像データを演算する演算手段と、
前記第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、前記動き補償予測手段で参照される可能性のある、前記復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、前記動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段と
を備え、
前記復号手段と前記逆量子化手段と前記変換手段と前記動き補償予測手段と前記演算手段と前記第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、
前記第１の記憶手段は、前記ＩＣとは別付けのメモリとされる
ディジタル画像復号装置。 - 前記第１の記憶手段から前記第２の記憶手段へのデータの転送は、ライン単位で行われ、前記第２の記憶手段から前記動き補償予測手段へのデータの転送は、ブロック単位で行われる
請求項１に記載のディジタル画像復号装置。 - 入力される画像データを復号する復号手段と、前記復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段と、参照画像データを記憶する第１の記憶手段と、前記参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段と、前記変換手段から出力される画像データと前記動き補償予測手段から出力される前記動き補償予測値を加算して、前記参照画像データを演算する演算手段と、前記第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、前記動き補償予測手段で参照される可能性のある、前記復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、前記動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段とを備え、前記復号手段と前記逆量子化手段と前記変換手段と前記動き補償予測手段と前記演算手段と前記第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、前記第１の記憶手段は、前記ＩＣとは別付けのメモリとされるディジタル画像復号装置のディジタル画像復号方法において、
前記復号手段が、入力される画像データを復号する復号ステップと、
前記逆量子化手段が、前記復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化ステップと、
前記変換手段が、前記逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換ステップと、
前記動き補償予測手段が、前記参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測ステップと、
前記演算手段が、前記変換手段から出力される画像データと前記動き補償予測手段から出力される前記動き補償予測値を加算して、前記参照画像データを演算する演算ステップと、
前記第２の記憶手段が、前記第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、前記動き補償予測手段で参照される可能性のある、前記復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、前記動き補償予測手段に供給する第２の記憶ステップと
を含むディジタル画像復号方法。 - 入力される画像データを復号する復号手段と、前記復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化手段と、前記逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換手段と、参照画像データを記憶する第１の記憶手段と、前記参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測手段と、前記変換手段から出力される画像データと前記動き補償予測手段から出力される前記動き補償予測値を加算して、前記参照画像データを演算する演算手段と、前記第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、前記動き補償予測手段で参照される可能性のある、前記復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、前記動き補償予測手段に供給する第２の記憶手段とを備え、前記復号手段と前記逆量子化手段と前記変換手段と前記動き補償予測手段と前記演算手段と前記第２の記憶手段とは集積化されてＩＣを構成しており、前記第１の記憶手段は、前記ＩＣとは別付けのメモリとされるディジタル画像復号装置を制御するコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体において、
前記復号手段が、入力される画像データを復号する復号ステップと、
前記逆量子化手段が、前記復号手段から供給される画像データを逆量子化する逆量子化ステップと、
前記変換手段が、前記逆量子化手段から供給されるデータを変換する変換ステップと、
前記動き補償予測手段が、前記参照画像データに動きベクトルを作用させて動き補償予測値を演算する動き補償予測ステップと、
前記演算手段が、前記変換手段から出力される画像データと前記動き補償予測手段から出力される前記動き補償予測値を加算して、前記参照画像データを演算する演算ステップと、
前記第２の記憶手段が、前記第１の記憶手段に記憶されている参照画像データのうち、前記動き補償予測手段で参照される可能性のある、前記復号手段により復号されている位置に応じた範囲の画像データを記憶し、前記動き補償予測手段に供給する第２の記憶ステップと
を含む処理をコンピュータに実行させるためのプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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