JP4414379B2 - 映像符号化方法、映像復号方法、映像符号化プログラム、映像復号プログラム及びそれら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 - Google Patents
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Description
Hideaki Kimata and Masaki Kitahara, "Preliminary results on multiple view video coding(3DAV)," document M10976 MPEG Redmond Meeting, July, 2004.
幾何情報を利用しない手法でもって、幾何情報を利用する手法と同等の品質の映像を合成するためには、より多くのカメラからの映像が入力として必要となる。多くのカメラの映像を用いるということは非常に多くの演算が必要になることを意味する。
この目的を達成するために、本発明の映像符号化方法は、ある被写体を撮影する複数のカメラにより撮影された画像を符号化することを実現するために、(a)基準視点となるカメラにより撮影された基準視点画像を符号化する基準視点画像符号化ステップと、(b)基準視点画像を撮影したカメラから被写体までの推定距離を示す距離画像を生成する距離画像生成ステップと、(c)生成した距離画像を符号化する距離画像符号化ステップと、(d)基準視点画像と距離画像とカメラの設置位置および向きについて規定するカメラの位置関係とに基づいて、基準視点以外の視点における視差補償画像(視差に基づく予測画像となるもの)を推定するとともに、このとき画素値を推定できない画素については、周辺の画素の画素値から、その画素の画素値を推定する視差補償画像推定ステップと、(e)推定した視差補償画像とその推定対象の視点に対応付けられるカメラの撮影した符号化対象画像との差分を示す視差差分画像を算出する視差差分画像算出ステップと、(f)算出した視差差分画像を符号化する視差差分画像符号化ステップとを有する。
視差補償画像推定ステップでは、復号側がカメラの位置関係の情報を符号化データからではなくて得ることができる場合には、基準視点画像の符号化データを復号することで得られる基準視点画像と、距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像と、符号化されることのないカメラの位置関係とに基づいて、基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することがある。
復号側がカメラの位置関係の情報を符号化データから得ることになる場合には、上述の基本的な構成のステップに加えて、(g)外部からの情報に従ってカメラの位置関係を取得するか、全カメラの画像に基づいてカメラの位置関係を推定することで、カメラの位置関係を設定するカメラ位置関係設定ステップと、(h)設定したカメラの位置関係の情報を符号化するカメラ位置関係情報符号化ステップとを有する。
視差補償画像推定ステップでは、復号側がカメラの位置関係の情報を符号化データから得ることになる場合には、基準視点画像の符号化データを復号することで得られる基準視点画像と、距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像と、カメラ位置関係情報の符号化データを復号することで得られるカメラの位置関係とに基づいて、基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することがある。
基準視点となるカメラを自動的に決定する場合には、上述の基本的な構成のステップに加えて、(i)他のカメラが撮影する空間と最も重複する空間を撮影しているカメラを基準視点となるカメラとして設定するステップを有することがある。
距離画像生成ステップでは、画像をブロックに分割して、ブロックごとに距離を推定することで距離画像を生成することがある。
距離画像生成ステップでは、規定のアルゴリズムに従って距離画像を生成する場合に、現時刻において生成した距離画像の評価値と、1つ前の時刻において生成した距離画像の評価値との差分値を求めて、その差分値の大きさを所定の閾値と比較することで判断して、その差分値が大きいことを判断する場合には、現時刻において生成した距離画像をそのまま用いることを決定し、その差分値が小さいことを判断する場合には、1つ前の時刻において生成した距離画像に変更して用いることを決定することで距離画像を生成することがある。
視差補償画像推定ステップでは、基準視点画像と距離画像とカメラの位置関係とに基づいて基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することになるが、このとき、画素値を推定できない画素については、周辺の画素の画素値から、その画素の画素値を推定することになる。
視差補償画像推定ステップでは、基準視点画像と距離画像とカメラの位置関係とに基づいて基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することになるが、このとき、画素値を推定できない画素については、周辺の画素の動き情報からその画素の動き情報を推定して、その推定した動き情報と符号化済みの画像の画素値とに基づいて、その画素の画素値を推定するように処理することも可能である。
視差補償画像推定ステップでは、基準視点画像と距離画像とカメラの位置関係とに基づいて基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することになるが、このとき、画素値を推定できない画素について、〔1−7〕の方法に従って推定した視差補償画像を用いる場合の符号量と、〔1−8〕の方法に従って推定した視差補償画像を用いる場合の符号量とを比較して、視差補償画像ごとに効率的な符号化を行える方法を選択することで、その画素の画素値を推定するように処理することも可能である。この構成を採るときには、どちらの予測モードを用いたのかを示す情報についても符号化することになる。
距離画像符号化ステップでは、基準視点画像を符号化する際に使われた動きベクトルを用いて距離画像を符号化することがある。
視差差分画像符号化ステップでは、基準視点画像を符号化する際に使われた動きベクトルと距離画像とカメラの位置関係とに基づいて推定される動きベクトルか、自身の参照画像から推定される動きベクトルの内の符号化効率のよい方を選択して符号化することがある。
視差差分画像符号化ステップでは、基準視点画像を符号化する際に使われた動きベクトルと距離画像とカメラの位置関係とに基づいて推定される動きベクトルか、自身の参照画像から推定される動きベクトルの内の符号化効率のよい方を選択して符号化することがあるが、この動きベクトルを推定するときに、距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像を用いて動きベクトルを推定することがある。
本発明の映像復号方法は、本発明の映像符号化方法により生成された符号化データを復号することで、ある被写体を撮影する複数のカメラにより撮影された画像を復元することを実現するために、(a)基準視点となるカメラにより撮影された基準視点画像についての符号化データを復号する基準視点画像復号ステップと、(b)基準視点画像を撮影したカメラから被写体までの推定距離を示す距離画像についての符号化データを復号する距離画像復号ステップと、(c)基準視点以外の視点に対応付けられるカメラの撮影した符号化対象画像との差分を示す視差差分画像についての符号化データを復号する視差差分画像復号ステップと、(d)復号した基準視点画像と復号した距離画像とカメラの設置位置および向きについて規定するカメラの位置関係とに基づいて、基準視点以外の視点における視差補償画像を推定するとともに、このとき画素値を推定できない画素については、周辺の画素の画素値から、その画素の画素値を推定する視差補償画像推定ステップと、(e)推定した視差補償画像と復号した視差差分画像とに基づいて、基準視点以外の視点に対応付けられるカメラの撮影した符号化対象画像を復元する符号化対象画像復元ステップとを有する。
カメラの位置関係の情報を符号化データから得ることになる場合には、上述の基本的な構成のステップに加えて、(f)各画像を撮影したカメラの位置関係の情報についての符号化データを復号するカメラ位置関係情報復号ステップを有する。
視差補償画像推定ステップでは、復号した基準視点画像と復号した距離画像とカメラの位置関係とに基づいて基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することになるが、このとき、画素値を推定できない画素については、周辺の画素の画素値から、その画素の画素値を推定することになる。
視差補償画像推定ステップでは、復号した基準視点画像と復号した距離画像とカメラの位置関係とに基づいて基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することになるが、このとき、画素値を推定できない画素については、周辺の画素の動き情報からその画素の動き情報を推定して、その推定した動き情報と復号済みの画像の画素値とに基づいて、その画素の画素値を推定するように処理することも可能である。
視差補償画像推定ステップでは、復号した基準視点画像と復号した距離画像とカメラの位置関係とに基づいて基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することになるが、このとき、画素値を推定できない画素については、符号化データに埋め込まれている予測モードの情報に基づいて、〔2−2〕の推定方法か〔2−3〕の推定方法のどちらかを選択することで、視差補償画像を単位にして2つの方法を切り替えながら画素値の推定を行うように処理することも可能である。
本発明の映像符号化方法は、復号側がカメラの位置関係の情報を符号化データからではなくて得ることができる場合には、基準視点となるカメラにより撮影された基準視点画像と、基準視点画像を撮影したカメラから被写体までの推定距離を示す距離画像と、基準視点画像と距離画像とカメラの位置関係とに基づいて推定された視差補償画像と符号化対象画像との差分を示す視差差分画像という3種類の画像を符号化する。そして、復号側がカメラの位置関係の情報を符号化データから得ることになる場合には、この3種類の画像に加えて、カメラの位置関係の情報を符号化する。
復号側が入手できる距離画像と基準視点画像とは符号化されたものを復号した画像であるため、符号化側で、符号化・復号を行わないオリジナルの距離画像と基準視点画像とを用いて推定した視差補償画像を用いると、復号側で推定される視差補償画像との間に誤差が存在することになり、基準視点以外の画像が、視差差分画像の誤差と基準視点画像の誤差と距離画像の誤差とが重なったものになってしまう。
カメラの位置関係が明示的に与えられなかった場合、多視点動画像から距離画像を求め、視差補償画像を求める処理の精度は著しく低下する。そのため視差差分画像により多くの残差が存在することにより符号化効率が悪くなる。
〔1−3〕に記載した処理機能の持つ意味は、〔1−1〕に記載した処理機能の持つ意味と基本的に同じである。ただし、〔1−3〕に記載した処理機能では、カメラの位置関係の情報も符号化することを想定しているので、視差補償画像を推定する際に必要となるカメラの位置関係についても、カメラ位置関係情報の符号化データを復号することで得られるものを使用するように処理している。
各カメラはほぼ同じ被写体と背景を撮影しているといっても、全く同じ視点から撮影を行なっているわけではないので、各カメラが撮影している空間は異なる。そのため、どのカメラ対で視差予測をするかによって、精度の高い視差予測が可能な領域の大きさが異なる。精度の高い視差予測が可能な領域が小さくなるカメラを基準視点としてしまうと符号化効率が悪くなる。
本発明においては、もともとの符号化対象である多視点動画像のほかに距離画像を符号化する必要が生じている。そのため、距離画像を符号化するのに必要な符号量はできる限り少なくする必要がある。距離画像は視差情報を提供して視差補償画像を作成するために存在することから、そのために必要な情報が含まれていればよいということになる。つまり、距離画像は画素単位の視差情報を提供できる程度のものでかまわないということを示している。そのような精度の距離推定では隣接する画素での推定距離が同じになる場合が多い。
視差予測された画像と符号化対象の画像との誤差が単純に小さくなるように距離の予測を行った場合、距離の予測には時間方向の相関が考慮に入れられていないことから、視差予測された視差補償画像における時間方向の相関が失われてしまう。視差予測された視差補償画像において時間方向の相関がない場合、それと符号化対象の画像との差分で求められる視差差分画像においても時間方向の相関がなくなってしまうことになる。そのような場合、視差差分画像の符号化効率は非常に悪くなる。
基準視点画像と他の視点における画像とは、視差補償をする場合、必ずしも1対1に対応しない。そのため視差補償画像において予測値の存在しない画素が現れることになる。そうなると視差差分画像は画素間で大きく値の異なる画像となる。そのような画像は自然な画像と異なる性質を持つようになることから、一般的な符号化手法を用いたときに符号化効率が低下する。
〔1−7〕に記載した処理機能では、視差補償画像を推定するときに画素値を推定できない画素について、空間的な予測を行うことでその画素値を推定するようにしている。
〔1−7〕に記載した処理機能では、視差補償画像を推定するときに画素値を推定できない画素について、空間的な予測を行うことでその画素値を推定するようにし、一方、〔1−8〕に記載した処理機能では、視差補償画像を推定するときに画素値を推定できない画素について、時間的な予測を行うことでその画素値を推定するようにしている。
基準視点画像と距離画像とはどちらも同じ視点からの画像であるため、動きに関しては非常に強い相関があると言える。したがって、両者を独立に符号化してしまうと、かなりの冗長性が残ることになる。
同じ被写体を撮影しているということは、被写体の実際の3次元的動きは1つである。そのため、カメラの位置関係と距離画像と基準視点における動きベクトルとから、他視点における動きをある程度予測することができる。しかし、基準視点における動きベクトルは2次元であり、距離画像も完全な3次元ではないので、予測ベクトルは常に正しいわけではない。また、符号化効率という面で言えば、実際の動きを表した動きベクトルを用いることが常に最も高い符号化効率を達成するとは限らない。
〔1−11〕に記載した処理機能では、基準視点画像を符号化する際に使われた動きベクトルと距離画像とカメラの位置関係とに基づいて動きベクトルを推定することになるが、〔1−12〕に記載した処理機能では、この動きベクトルの推定にあたって、復号側の処理に合わせて、距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像を用いて動きベクトルを推定するように処理する。
この推定したカメラの位置関係の情報は復号側でも正確に必要となることから、カメラ位置関係符号化部132で、可逆符号化する〔B2〕。
2 映像復号装置
11 画像情報入力部
12 画像メモリ
13 カメラ情報初期設定部
14 基準視点動画像処理部
15 距離画像処理部
16 非基準視点動画像処理部
21 カメラ情報復号部
22 カメラ情報メモリ
23 基準視点動画像復号部
24 符号化対象情報メモリ
25 距離動画像復号部
26 視差差分動画像復号部
27 非基準視点動画像復号部
28 画像出力部
Claims (16)
- ある被写体を撮影する複数のカメラにより撮影された画像を符号化する映像符号化方法であって、
基準視点となるカメラにより撮影された基準視点画像を符号化するステップと、
上記基準視点画像を撮影したカメラから被写体までの推定距離を示す距離画像を生成するステップと、
上記距離画像を符号化するステップと、
上記基準視点画像と上記距離画像とカメラの設置位置および向きについて規定するカメラの位置関係とに基づいて、上記基準視点以外の視点における視差補償画像を推定するとともに、このとき画素値を推定できない画素については、周辺の画素の画素値から、その画素の画素値を推定するステップと、
上記推定した視差補償画像とその推定対象の視点に対応付けられるカメラの撮影した符号化対象画像との差分を示す視差差分画像を算出するステップと、
上記視差差分画像を符号化するステップとを有することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1に記載の映像符号化方法において、
上記視差補償画像を推定するステップでは、上記基準視点画像の符号化データを復号することで得られる基準視点画像と、上記距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像とを使って、上記基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1に記載の映像符号化方法において、
外部からの情報に従って上記カメラの位置関係を取得するか、全カメラの画像に基づいて上記カメラの位置関係を推定することで、上記カメラの位置関係を設定するステップと、
上記設定したカメラの位置関係の情報を符号化するステップとを有することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項3に記載の映像符号化方法において、
上記視差補償画像を推定するステップでは、上記基準視点画像の符号化データを復号することで得られる基準視点画像と、上記距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像と、上記カメラ位置関係情報の符号化データを復号することで得られるカメラの位置関係とに基づいて、上記基準視点以外の視点における視差補償画像を推定することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の映像符号化方法において、
他のカメラが撮影する空間と最も重複する空間を撮影しているカメラを基準視点となるカメラとして設定するステップを有することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の映像符号化方法において、
上記距離画像を生成するステップでは、画像をブロックに分割して、ブロックごとに距離を推定することで距離画像を生成することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1ないし6のいずれか1項に記載の映像符号化方法において、
上記距離画像を生成するステップでは、規定のアルゴリズムに従って距離画像を生成する場合に、現時刻において生成した距離画像の評価値と、1つ前の時刻において生成した距離画像の評価値との差分値を求めて、その差分値の大きさを所定の閾値と比較することで判断して、その差分値が大きいことを判断する場合には、現時刻において生成した距離画像をそのまま用いることを決定し、その差分値が小さいことを判断する場合には、1つ前の時刻において生成した距離画像に変更して用いることを決定することで距離画像を生成することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の映像符号化方法において、
上記距離画像を符号化するステップでは、上記基準視点画像を符号化する際に使われた動きベクトルを用いて上記距離画像を符号化することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項1ないし8のいずれか1項に記載の映像符号化方法において、
上記視差差分画像を符号化するステップでは、上記基準視点画像を符号化する際に使われた動きベクトルと上記距離画像と上記カメラの位置関係とに基づいて推定される動きベクトルか、自身の参照画像から推定される動きベクトルの内の符号化効率のよい方を選択して符号化することを、
特徴とする映像符号化方法。 - 請求項9に記載の映像符号化方法において、
上記視差差分画像を符号化するステップでは、動きベクトルを推定するときに、上記距離画像の符号化データを復号することで得られる距離画像を用いることを、
特徴とする映像符号化方法。 - ある被写体を撮影する複数のカメラにより撮影された画像の符号化データを復号する映像復号方法であって、
基準視点となるカメラにより撮影された基準視点画像についての符号化データを復号するステップと、
上記基準視点画像を撮影したカメラから被写体までの推定距離を示す距離画像についての符号化データを復号するステップと、
上記基準視点以外の視点に対応付けられるカメラの撮影した符号化対象画像との差分を示す視差差分画像についての符号化データを復号するステップと、
上記復号した基準視点画像と上記復号した距離画像とカメラの設置位置および向きについて規定するカメラの位置関係とに基づいて、上記基準視点以外の視点における視差補償画像を推定するとともに、このとき画素値を推定できない画素については、周辺の画素の画素値から、その画素の画素値を推定するステップと、
上記推定した視差補償画像と上記復号した視差差分画像とに基づいて、上記基準視点以外の視点に対応付けられるカメラの撮影した符号化対象画像を復元するステップとを有することを、
特徴とする映像復号方法。 - 請求項11に記載の映像復号方法において、
上記カメラの位置関係の情報についての符号化データを復号するステップを有することを、
特徴とする映像復号方法。 - 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の映像符号化方法をコンピュータに実行させるための映像符号化プログラム。
- 請求項1ないし10のいずれか1項に記載の映像符号化方法をコンピュータに実行させるための映像符号化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。
- 請求項11または12に記載の映像復号方法をコンピュータに実行させるための映像復号プログラム。
- 請求項11または12に記載の映像復号方法をコンピュータに実行させるための映像復号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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JP2007036800A (ja) | 2007-02-08 |
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