JP4787044B2 - 画像復号装置、画像復号方法、画像復号プログラム、画像復号集積回路 - Google Patents
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Description
そして動き検出の逆処理に相当する動き補償処理と呼称される処理を行って画像を復号する。動き検出とは簡単に言うと、連続するフレーム間で写っている要素がどのように動いたかを検出して効率よく圧縮する方法である。動き検出においてはマクロブロック(例えば16画素×16画素のブロック)ごとに、そのマクロブロックが前後のフレームにおいて、どの方向へどの程度動いているかという動きベクトルを求める。そして動きベクトルと、それに対応するマクロブロックの各画素との差分データを求める。そして動き補償処理において画像を復元する際には、この動きベクトルと画素の差分データを合成して元の画像を再現する。差分データは本来の画素データと比較するとデータサイズがかなり小さくなるので、高圧縮が可能となっている。圧縮前に比して、データサイズを小さくできることから、データ転送の速度が、圧縮しない場合に比べて、かなり速くなるという効果を得られる。
ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electro-technical Commission)13818−2 ITU−T(International Telecommunications Union-Telecommunication standardization sector) H.264規格書
一つの装置で、これら複数のマクロブロックタイプに対応できるようにするならば、ソフトウェアの場合には、各マクロブロックタイプ、それぞれのサイズに応じた処理プログラムを作成する必要がある。こうすると、画像復号装置の作成工数、即ちプログラムを七種類作成するという手間が発生する。また、それぞれの処理プログラムを画像復号装置が記憶しておく必要があり、記憶容量を圧迫するという問題がある。
そこで、本発明においては、上記問題に鑑みて、より設計工数が少なくてすみ、従来よりも記憶容量を圧迫しない、あるいは、小型ですむ画像復号装置を提供することを目的とする。
また、参照する参照画像の画素値に関しては、複数の画素の画素値を参照してもよい。
また、前記符号化された画像データはMPEG4AVC規格に基づいて符号化されたデータであり、前記所定演算は、MPEG4AVCの規格に基づいて符号化された画像データを復号するための動き補償演算であり、前記ブロックは、当該規格におけるマクロブロック若しくはサブマクロブロックであることとしてもよい。
また、前記分割手段は、4×4画素の画素サイズを前記所定サイズとするサブブロックに分割し、前記復号手段は、4×4画素の画像サイズのサブブロックを復号することとしてもよい。
また、前記符号化されたデータは、前記ブロックの画素サイズを特定する情報を含み、前記画像復号装置は更に、前記ブロックの画素サイズが8×8画素サイズ以上である場合に、8×8画素の画素サイズのサブブロックに分割して、各サブブロックの一座標を求める第2分割手段と、前記第2分割手段で生成されたサブブロックを前記動きベクトルと、前記特定手段で特定された当該サブブロックの参照画像の画素値とに基づいて所定演算を行って復号する第2復号手段を備え、前記分割手段は、前記ブロックの画素サイズが8×8画素サイズ未満である場合に、4×4画素の画素サイズを前記所定サイズとするサブブロックに分割することとしてもよい。
また、前記画像復号装置は更に、前記ブロックの参照画像を取得し記憶するメモリを備え、前記分割手段で前記ブロックを分割する前に、前記メモリは、前記ブロックの参照画像を取得し、前記特定手段は、前記メモリ中の参照画像を特定し、前記復号手段は、前記メモリに記憶されている参照画像を用いてサブブロックを復号することとしてもよい。
また、画像復号装置のコンピュータに、画像を矩形のブロック毎に区切って各ブロックに対応する動きベクトルを含む前記画像が符号化された画像データを、動きベクトルを用いての動き補償演算を行って、復号させるための処理手順を示した画像復号プログラムであって、前記処理手順は、前記ブロックを、所定サイズの矩形であるサブブロックに分割して、各サブブロックの位置座標を求める分割ステップと、前記位置座標に基づいて、サブブロックが参照する参照画像を特定する特定ステップと、前記各サブブロックについて、前記動きベクトルと、前記特定ステップで特定された当該サブブロックの参照画像の画素値とに基づいて所定演算を行って、当該サブブロックに対応する原画像を復号する復号ステップと、前記復号ステップで復号された各サブブロックの原画像を前記位置座標に基づいて統合して、前記ブロック分の画像を生成する統合ステップとを含むこととしてもよい。
また、画像を矩形のブロック毎に区切った場合の各ブロックに対応する動きベクトルを含む前記画像が符号化された画像データを、動きベクトルを用いての動き補償演算を行って、復号する画像復号装置に搭載される画像復号集積回路であって、前記ブロックを、所定サイズの矩形であるサブブロックに分割して、各サブブロックの位置座標を求める分割回路と、前記位置座標に基づいて、サブブロックが参照する参照画像を特定する特定回路と、前記各サブブロックについて、前記動きベクトルと、前記特定回路で特定された当該サブブロックの参照画像の画素値とに基づいて所定演算を行って、当該サブブロックに対応する原画像を復号する復号回路と、前記復号回路で復号された各サブブロックの原画像を前記位置座標に基づいて統合して、前記ブロック分の画像を生成する統合回路とを含むこととしてもよい。
<実施の形態1>
<構成>
まず、本発明に係る画像復号装置の機能構成について図1及び図2を用いて説明する。
逆量子化部120は、量子化されたデータを逆量子化して、データを直交変換した周波数成分に戻す機能を有する。
逆直交変換部130は、直交変換されて周波数成分になっているデータを直交変換される前の画素領域表現のデータに戻す機能を有する。画素領域表現とは、画素の輝度及び色差のことである。但し、ここで復号される画素値はフレームによっては前後のフレームとの要素の画素値間の差分値の場合も有る。
フレームメモリ160は、復号した画像データを格納する機能を有する。格納されている画像データは、動き補償部150で復号する画像を得るために用いる参照画像となる。
図2に示すように加算部140は、画素格納アドレス変換部141とローカルメモリ142とを含んで構成される。加算部140は、ローカルメモリ142に、動き補償部150で復号されて出力される画素データを所定位置に格納することで、マクロブロックの復号画像を得る機能を有する。
ローカルメモリ142は、画素格納アドレス変換部141から得られた格納アドレスの情報に基づいて、4×4画素動き補償演算部155から伝達された復号画像データと、逆直交変換部130からのデータとを合成して、格納する。そして格納してあるデータを送出する機能を有する。
分割部151は、可変長復号部110からマクロブロックがどのサイズであるかを示すマクロブロックタイプ、マクロブロックの左上の画素の座標情報、当該マクロブロックの動きベクトルの情報、動き補償における参照が双方向であるか否かの情報、そして参照するピクチャ番号を受け取る。そしてマクロブロックタイプに基づいて、マクロブロックを4×4の最小ブロックに分割する。そして分割された最小ブロックの左上の画素の座標を求め、定められた順にこの座標とマクロブロックの動きベクトルとを4×4画素動き補償部155に伝達する機能を有する。また、最小ブロックの座標と参照するピクチャ番号の情報を参照画素アドレス演算部152にも伝達する機能も有する。
DMA153は、参照画素アドレス演算部152から伝達された参照画素の範囲で示される画素成分をフレームメモリ160から取得する機能を有し、その画素成分をローカルメモリ154に書き込む機能を有する。ここでローカルメモリ154に格納される画素データは、分割部151から伝達された左上画素の座標値と、参照ピクチャ番号によって決定されるが、4×4の画素の参照画像は、9×9の画素サイズになる。これは、1画素の復号は6タップフィルタを用いており、小数精度(1/2画素の精度)で復号画素の演算を実行するために、横方向においては、復号したい画素の左2つ分の画素、右3つ分の画素の画素データが必要となるためである。上下方向についても同様で、上に2画素、下方向に3画素分の画素データが必要になる。
4×4画素動き補償演算部155は、分割部151から伝達された動きベクトルとサブマクロブロックの左上の座標、そしてローカルメモリ154から伝達された参照画素の画素成分に基づいて動き補償演算を実行する機能を有するプログラムもしくは演算器である。そして、動き補償演算によって復号された画像成分をローカルメモリ142に伝達する。
<データ>
ここでは、画像復号装置100が関わるデータについて説明する。
まず、簡単にマクロブロックタイプについて、図3を用いて説明する。
更に、8×8画素サイズの場合にはそこから更に、8×4画素サイズ、4×8画素サイズ、4×4画素サイズのサブマクロブロックに分割されることがある。
マクロブロックタイプとして、図3(a)は、16×16画素サイズ、図3(b)は、16×8画素サイズ、図3(c)は、8×16画素サイズ、図3(d)は、8×8画素サイズがあることを示している。
各マクロブロック、各サブマクロブロックにはそれぞれ1の動きベクトルが定められている。
MPEG4AVCの規格においては、データを圧縮する際に、この7パターンのマクロブロックタイプのいずれかが選択され、マクロブロックごとにデータ圧縮を行うので、圧縮されたデータを復号する装置は、全てのマクロブロックタイプに対応しておく必要がある。
図4(a)は、復号する画像のマクロブロックタイプが8×8画素サイズ以外の場合のデータを示しており、図4(b)は、マクロブロックタイプが8×8画素サイズであった場合のデータを示している。
mb_type 401は、マクロブロックが、16×16、16×8、8×16、8×8のいずれのタイプのマクロブロックであるかを示す情報である。例えば、「0」が16×16、「1」が16×8、「2」が8×16、「3」が8×8を示す情報であるというように2bitのデータとして規定することができる。
mv0 404、mv1 405は、対応するマクロブロックの動きベクトルを表す情報である。mv0 404は、ref_idx0 402と対応しており、mv1 405は、ref_idx1403と対応している。また、マクロブロックが8×16のタイプだった場合には、mv0 404は、図3(c)の「0」で示されるブロックに対応し、mv1 405は、図3(c)の「1」で示されるブロックに対応する。
更にマクロブロックタイプが8×8であった場合には、分割部151が受け取るデータは、図4(b)に示すように、mb_type 411、sub_mb_type 412、ref_idx0 413、ref_idx1 414、ref_idx2 415、ref_idx3 416、mv0 417、mv1 418、mv2 419、mv3 420を含んで構成される。
sub_mb_type 412は、サブマクロブロックタイプが8×8、8×4、4×8、4×4のいずれのタイプであるかを示す情報である。例えば、「0」なら、8×8を、「1」なら8×4を、「2」なら4×8を、「3」なら4×4のタイプと2bitのデータで示すことができる。
なお、mv0 417はref_idx0 413と、mv1 418はref_idx1 414と、mv2 419はref_idx2 415と、mv3 420はref_idx3 416と対応している。また、図4(b)が、図3(h)の4×4画素のサブマクロブロックタイプに対応している場合には、mv0 417は、図3(h)の「0」で示されるブロックに対応している。また、mv1 418は、図3(h)の「1」で示されるブロックに、mv2 419は、図3(h)の「2」で示されるブロックに、mv3 420は、図3(h)の「3」で示されるブロックにそれぞれ対応している。
<動作>
次に、本実施の形態における画像復号装置100、特に動き補償における動作を図5〜7に示すフローチャートを用いて説明する。通常の復号装置におけるその他の復号に関する動作については従来の物に従うとして割愛する。
画像復号装置100の分割部151は、まず、動きベクトルを必要な数だけ複製し、マクロブロックを最小ブロックに分割する処理を行う(ステップS501)。この処理の詳細については図6のフローチャートを用いて後述する。
また、分割部151で算出される最小ブロックの左上の座標と、複製された動きベクトルとに基づいて、参照画素アドレス演算部152は、参照する画像の画素データのフレームメモリ160におけるアドレスを算出する。具体的には伝達された左上座標と動きベクトルで指定される参照画像の画素座標を算出する。算出された画素座標のx座標、とy座標をそれぞれ2減算して、得られた座標を左上の座標とする9×9の画素サイズの矩形内の画素データのアドレスを算出する。なお、必要となる9×9の画素サイズの参照画像が、参照するピクチャの枠からはみ出る場合には、そのピクチャの端の画素値で補完する。
そして、ローカルメモリ154に記録された参照画像の画素データと、動きベクトルに基づいて、4×4画素動き補償演算部155が、6タップフィルタを用いて画像を復号する演算を実行する(ステップS505)。
そして、画像復号装置100は、ステップS501においてマクロブロックを分割して生成された最小ブロックの数と同じ回数の動き補償演算を実行したかどうかをみる(ステップS507)。本ステップの処理、つまり、実行回数に関する処理については図7のフローチャートを用いて詳細に後述する。
全ての最小ブロックの数だけ演算を実行していたら(ステップS507のYES)、そのマクロブロックに関する処理を終了する。
次に、図6を用いて、図5のステップS501における動きベクトルの複製と分割の処理に関する詳細を説明する。
そして検出されたマクロブロックタイプがどのタイプであるかに基づいて、x軸方向の最小ブロックの数、y軸方向の最小ブロックの数を算出して当該マクロブロックを4×4画素のサイズに分割していく。なお、分割とは、分割して生成される最小ブロックの数と、各最小ブロックの左上画素の座標値を算出することをいう(ステップS602)。
最後に、マクロブロックに分割された各最小ブロックを順に処理していくことを図7のフローチャートを用いて説明する。まず、前提として、マクロブロックを分割した際に生成される最小ブロックを区別するためにA[i][j]の形で最小ブロックを表記する。iはx軸方向の番号であり、jはy軸方向の番号である。
図7に示すように、分割部151は、まずiとjを0に初期化する(ステップS701)。そして、マクロブロックタイプに基づいて、x軸方向の画素数を4で割った数値をiの上限値mに設定する。また、y軸方向の画素数を4で割った数値をjの上限値nに設定する(ステップS702)。
まず従来の場合について説明する。
図8において、復号する画像が画像800であり、これを再現するために参照する画像が画像810であるとする。
しかし、本発明の場合は、従来の場合とは異なり、動き補償ブロックが801あるいは802のように定められていたとしても、図9のように4×4の画像サイズの動き補償ブロックに分割して、それぞれの動き補償ブロックで動き補償演算を実行し、画像を復元する。
<実施の形態2>
実施の形態2においては、実施の形態1における画像復号装置の利便性を高めるために、4×4画素だけでなく、8×8画素のサブマクロブロックタイプにも対応できるようにしている。
<構成>
まず、図10を用いて、実施の形態1と異なる説明について説明する。説明しない機能部については、実施の形態1と同様の働きをするものとする。実施の形態1と異なる構成は、動き補償部の内容であるので、ここでは実施の形態2に係る画像復号装置の動き補償部の構成について述べる。
図10にあるように、図2とは異なり、4×4画素動き補償演算部1055のほかに、8×8画素動き補償演算部1056を備える構成となっている。
8×8画素動き補償演算部1056は、8×8画素サイズのブロックを対象とする動き補償演算を実行する機能を有し、分割部1051から動きベクトルと、動き補償ブロックの情報を与えられた場合に動き保障演算を実行する。
また、分割部1051は、実施の形態1とは異なり、マクロブロックタイプのサイズによって、分割サイズを変え、そのサイズに応じて動き補償演算を実行する動き補償演算部を決定し、データを伝達する機能を有する。具体的には、マクロブロックタイプがどのサイズであるかを検出する。当該検出においてマクロブロックタイプが16×16、16×8、8×16のサイズである場合には、マクロブロックを8×8画素サイズに分割し、分割して生成されるサブブロックの数でけ動きベクトルを複製する。そして、マクロブロックタイプが16×8、8×16、16×8、8×8の場合には、動きベクトルと動き補償ブロックの左上の座標を8×8画素動き補償演算部1056に伝達する。なお、マクロブロックタイプが8×8画素の場合で、サブマクロブロックに含まない場合には、1の8×8画素の動き補償ブロックとして扱う。また、マクロブロックタイプが、8×8で、4×8、8×4のサブマクロブロックを含む場合には、4×4画素サイズの最小ブロックに分割し、分割して生成される最小ブロックの数だけ動きベクトルを複製する。そして、ブロックが4×8、8×4、4×4の場合に動きベクトルと、最小ブロックの左上画素の座標値とを4×4画素動き補償演算部1055に伝達する。なお、4×4画素のサブマクロブロックの場合には、分割する必要はない。
<動作>
実施の形態2の画像復号装置に特有の動作について、図11のフローチャートを用いて説明する。
本動作においてはマクロブロックタイプに応じて処理を4×4対象にするか、8×8対象にするかを決定することを示す。
分割部1051は、マクロブロックタイプが8×8画素以上であった場合、つまり、16×16、16×8、8×16、8×8の画素サイズだった場合には(ステップS1101のYES)、マクロブロックのサイズを8×8のサイズになるように分割する(ステップS1103)。ただし、画素サイズが8×8の場合には分割する必要はない。
8×8画素動き補償演算部1056は、分割部1051から伝達された左上座標の座標値と動きベクトルと、この動きベクトルに対応する参照画像の画素データとに基づいて、8×8画素を対象にした動き補償演算を実行し、画像データを復号する(ステップS1103)。以下、生成された8×8画素サイズのブロックの分だけ動き補償演算を行って復号データを生成し、生成されたデータを統合して、そのブロックの原画像データを得る。
以上が実施の形態2に係る画像復号装置に特有の動作である。
ここで従来の場合と実施の形態2に係る画像復号装置について具体例を用いて比較する。
従来の方式に従うと、動き補償ブロック1201は、4×8画素サイズ用の動き補償プログラムが実行され、動き補償演算を実行する。また、動き補償ブロック1202を対象とする動き補償演算を実行する場合には、8×8画素サイズ用の動き補償プログラムが実行され、補償演算を実行することになる。
<実施の形態3>
実施の形態3においては、実施の形態1とは異なり、動き補償を行う際に、まず予め一つの動きベクトルの対象となる参照画像の画素データをフレームメモリからローカルメモリに移しておく点が異なる。
<構成>
図14に示すように、実施の形態3においては、実施の形態1や2とは異なり、参照画素アドレス演算部を2つ備えていることを特徴とする。
しかし、実施の形態3においては更に参照画素アドレス演算部1456が備えられている。参照画素アドレス演算部1456は、予めローカルメモリに参照画像の画素データを分割して生成した最小ブロックの参照画像だけではなく、演算対象となるマクロブロック全体の参照画像を予め取得しておくことにある。
<動作>
実施の形態3においては、参照画像を獲得するタイミングが少々異なる。
ここでは、実施の形態3に係る画像復号装置の動作を図15のフローチャートを用いて説明する。ここでは動き補償部1450の動作を中心に記述する。
次に分割部1451は、可変長復号部から送信されてきたマクロブロックデータに基づいて、4×4画素サイズの最小ブロック単位に分割する(ステップS1502)。分割の手法に関しては、実施の形態1と同様なので説明を割愛する。
一方で分割部1451は、最小ブロックの左上画素と動きベクトルの情報を参照画素アドレス演算部1452に伝達する。そして伝達された情報に基づいて参照画素アドレス演算部1452は、参照する画素が格納されているローカルメモリ1454のアドレスを算出する。参照画素アドレス演算部1452は、算出したアドレスのデータをローカルメモリ1454に出力させる。ローカルメモリ1454が出力したデータは、4×4画素動き補償演算部1455に伝達される(ステップS1504)。
4×4画素動き補償演算部1455は、算出した画素値をローカルメモリ1442に格納する。ステップS1503〜ステップS1506を最小ブロックの数だけ繰り返すことで、マクロブロックの復号画像を得る。
<補足>
上記実施の形態に基づいて、本発明に係る画像復号装置について説明してきたが本発明はこれに限定されるものではない。
(1)上記実施の形態においては、MPEG4AVCの規格に基づいて圧縮されたデータを復号する装置を開示したが、これはMPEG4AVCの規格のみに限定されるものではない。例えばMPEG2の規格に基づいて圧縮されたものでもよく、複数のマクロブロックタイプを有する圧縮規格であるならばなんでもよい。
(2)本発明は、上記実施の形態に基づいて画像復号装置が画像を復号する復号方法であってもよく、当該方法の処理手順を画像復号装置のコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであってもよい。
(3)上記実施の形態においては、分かりやすくするために動きベクトルを複製すると記述したが、これは複製である必要は無く、同じ動きベクトルを、サブブロックの数だけ繰り返し利用するという構成にしてもよい。
(4)上記実施の形態において、各機能部は一又は複数のLSI(Large Scale Integration)やVLSI(Very Large Scale Integration)によって実現されても良い。また、一のLSIが複数の機能部の機能を実行できてもよい。
(5)上記実施の形態においては、過去の既に復号された画像を参照画像とするとしたが、時間軸において未来の画像を参照することもある。この場合、参照する画像が動き補償演算の前に復号されている必要がある。
110 可変長復号部
120 逆量子化部
130 逆直交変換部
140、1040、1440 加算部
141、1041、1441 画素格納アドレス演算部
142、1042、1442 ローカルメモリ
150、1050、1450 動き補償部
151、1051、1451 分割部
152、1052、1452 参照アドレス演算部
153、1053、1453 DMA
154、1054、1454 ローカルメモリ
155、1055、1455 4×4画素動き補償演算部
160、1060 フレームメモリ
1056 8×8画素動き補償演算部
1456 参照画素アドレス演算部
Claims (12)
- 動き補償を用いて符号化された動き補償ブロックを含む符号化データを復号する画像復号装置であって、
復号対象の動き補償ブロックを、複数のサブブロックに分割する分割手段と、
前記サブブロックについて、前記動き補償ブロックの動きベクトルを用いて動き補償を行う復号手段と、
を備えることを特徴とする画像復号装置。 - 前記復号手段は、前記動き補償ブロックの動きベクトルを前記サブブロックの動きベクトルとしてそのまま用いて動き補償を行う
ことを特徴とする請求項1記載の画像復号装置。 - 動き補償ブロックの取り得るサイズが可変である
ことを特徴とする請求項1又は2記載の画像復号装置。 - サブブロックの取り得るサイズは、動き補償ブロックの取り得る最小サイズを含む
ことを特徴とする請求項3記載の画像復号装置。 - サブブロックの取り得るサイズは、動き補償ブロックの取り得るサイズのうち正方形のものを少なくとも1つ含む
ことを特徴とする請求項3又は4記載の画像復号装置。 - 前記動き補償ブロックは、MPEG4AVC規格に基づいて符号化されている
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載の画像復号装置。 - サブブロックの取り得るサイズは、MPEG4AVC規格において動き補償ブロックの取り得る最小サイズである4×4画素サイズを含む
ことを特徴とする請求項6記載の画像復号装置。 - 前記動き補償ブロックの画素サイズが8×8画素サイズ以上である場合に、サブブロックのサイズを8×8画素サイズとし、
前記動き補償ブロックの画素サイズが8×8画素サイズ未満である場合に、サブブロックのサイズを4×4画素サイズとする
ことを特徴とする請求項7記載の画像復号装置。 - 復号済みの画像データが記憶されたフレームメモリから、前記動き補償ブロックのサイズに応じたサイズの参照画像を取得して、ローカルメモリに記憶し、前記ローカルメモリに記憶されている参照画像をサブブロック単位で参照してサブブロックを復号する
ことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の画像復号装置。 - 動き補償を用いて符号化された動き補償ブロックを含む符号化データを復号する画像復号方法であって、
復号対象の動き補償ブロックを、複数のサブブロックに分割する分割ステップと、
前記サブブロックについて、前記動き補償ブロックの動きベクトルを用いて動き補償を行う復号ステップと、
ことを特徴とする画像復号方法。 - 動き補償を用いて符号化された動き補償ブロックを含む符号化データを復号する画像復号方法をコンピュータに実行させるための画像復号プログラムであって、
復号対象の動き補償ブロックを、複数のサブブロックに分割する分割ステップと、
前記サブブロックについて、前記動き補償ブロックの動きベクトルを用いて動き補償を行う復号ステップと、
ことを特徴とする画像復号プログラム。 - 動き補償を用いて符号化された動き補償ブロックを含む符号化データを復号する画像復号集積回路であって、
復号対象の動き補償ブロックを、複数のサブブロックに分割する分割手段と、
前記サブブロックについて、前記動き補償ブロックの動きベクトルを用いて動き補償を行う復号手段と、
を備えることを特徴とする画像復号集積回路。
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