JP4824708B2 - 動画像符号化方法,装置,プログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents
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Description
ここで,λはラグランジュ乗数である。参照エンコーダJMやJSVMでは,歪み量Dに画素値の二乗誤差を適用している。ただし,二乗誤差の値は,主観画質と乖離する場合があることが良く知られている。
本発明者は,下記の文献により,本発明に関連する技術として視覚感度を考慮した高能率動画像符号化技術を開示した。
・〔関連技術文献1〕早瀬和也,坂東幸浩,高村誠之,上倉一人,八島由幸:“視覚感度関数を用いたJSVCにおけるプレフィルタ設計方法”映像情報メディア学会年次大会,2007.
・〔関連技術文献2〕坂東幸浩,早瀬和也,高村誠之,上倉一人,八島由幸:“視覚感度を考慮したH.264符号化器の高能率化の検討”画像符号化シンポジウム,2007.
関連技術文献1のスケーラブル符号化向けのプレフィルタでは,コントラスト感度関数に基づいた視覚的歪みモデルを導入している。上位レイヤにおいて,原信号と下位レイヤからの補間信号との間の視覚的歪み量を計算し,その値に応じて原信号を補間信号で置き換えている。これにより,適切な閾値設定により主観画質を保持しつつ,レイヤ間予測の予測残差低減による符号量削減が実現される。
本発明による発生符号量の削減方法について説明する。
この視覚的歪み量D′は,以降に示す算出手順により必ずD′≦Dを満たす。したがって,符号量の少ないモードが積極的に選ばれるようになる。また,本モデルは,通常の二乗誤差よりも主観画質に近い定量的指標を与えるため,Dを使った場合と比較しても主観画質において差が見られない。
ここで,ηと(u,v)は,
η=(u2 +v2 )1/2 /θ[cycle/degree]
の関係にある。このθは,次のように与えられる。
しかし,上記視覚的歪み量D′も,その値が小さいときには主観画質との乖離が残る。本来,二つの画像の主観画質において差がない場合には,視覚的歪み量として0を出力しなければならない。しかし,式(3)によって算出される視覚的歪み量は,主観画質に差がない場合においても0より大きい値を出力してしまう。
D″=0 if D′≦Dcr′ (6)
D″=D′−Dcr′ otherwise (7)
として定義し,これを次に記す予測信号のゼロ埋め処理の適用判定,および次式のモード選択におけるレート歪み関数にて使用する。
[予測残差信号ゼロ埋め処理の追加]
ある予測モードの予測信号と原信号との間の予測残差信号の視覚的歪み量D0 ″を,式(6)に従って算出したとき,D0 ″=0を満たしていると仮定する。このとき,臨界点閾値Dcr′が持つ意味に基づくと,当該マクロブロックは予測残差を伝送しなくても主観画質において差が見られないということになる。そこで,予測残差信号を直交変換する前に,すべて予測残差信号をゼロとした場合の視覚的歪み量D0 ″を算出し,それがD0 ″=0を満たす場合には,当該マクロブロックの予測残差信号を強制的に0にする。
動画像の符号化処理において,最も時間を費やしている処理は,動き推定である。したがって,動き推定の実行を避けることが高速化に大きな寄与をもたらすが,その分,符号量の増加を招いてしまう。できるだけ符号量の増加を抑制しつつ,動き推定を実行せずに符号化処理を進めるかが,取り組むべき課題として重要である。
非動き推定予測モードの予測残差信号を取得し,その視覚的歪み量D0 ″を求める。非動き推定予測モードには,レイヤ間予測,Skip,Direct,動きベクトルが(0,0)の16×16サイズ画面間予測,画面内予測が挙げられる。この視覚的歪み量D0 ″が,D0 ″=0であれば,予測残差信号をすべてゼロ埋めする。そして,このときの符号化コスト(符号量と同値)を計算し,手順2に移る。D0 ″=0でなければ,予測残差信号を符号化し,原信号と復号信号との間の視覚的歪み量D1 ″を計算する。その符号化コストを計算し,手順2に移る。
視覚的歪み量の高速化閾値Dth″を設ける。この高速化閾値Dth″との大小によってモードの探索の実行を決定する。各非動き推定予測モードにおいて算出された視覚的歪み量D0 ″もしくはD1 ″の中に,D0 ″≦Dth″またはD1 ″≦Dth″となる予測モードが一つでもあれば,非動き推定予測モードの中で符号化コストが最小となる予測モードを,そのマクロブロックの最適予測モードとして決定する。D0 ″≦Dth″またはD1 ″≦Dth″となる予測モードが一つもなければ,手順3に移る。
動き推定を要する動き推定予測モードの符号化コストを,手順1と同様の手順で計算する。
非動き推定予測モードおよび動き推定予測モードの両方を含めたすべての予測モードの中で,最も符号化コストが小さくなる予測モードを,そのマクロブロックの最適予測モードとして決定する。
本発明の実施形態の処理について,図1を参照して説明する。
本発明の実施形態による符号化装置の構成を,図6に示す。符号化装置10は,次のような処理部から構成される。
本発明の実施形態による効果を検証するため,本発明による手法をSVCの参照エンコーダJSVM8.0に実装し,実験を行った。実験は,JSVM,非特許文献1による手法,本発明による手法の三つに対して行い,それぞれの発生符号量,符号化時間を比較した。実験条件は,以下のとおりである。
・シーケンス:Soccer,Foreman
・解像度:基本〔QCIF〕,拡張〔CIF〕
・フレームレート:30[frames/sec]
・フレーム数:300[frames]
・GOP:IBPBPBPBI
・QP:22,28
・探索範囲:64
・視距離:3
・臨界点閾値(Dcr′):1〜12[per pixel ]
・高速化閾値(Dth″):Dcr′と同じ
テスト映像として,SVCテスト映像のSoccer,Foremanを実験に用いた。基本レイヤにQCIF(176×144),拡張レイヤにCIF(352×288)を入力した。ピクチャ構造はIBPBPBPBIとした。量子化パラメータ(QP)は,22,28の2パターンを試した。基本レイヤと拡張レイヤとで同じQPを適用した。画質劣化検知の臨界点閾値Dcr′と高速化閾値Dth″は同じ値に設定し,1画素あたりの視覚的歪み量の値に換算して1から12までの値を試した。探索範囲は64に定めた。
11 高速化アルゴリズム適用/非適用フレーム判定部
12 高速化アルゴリズム適用符号化部
13 高速化アルゴリズム非適用符号化部
14 全フレーム処理完了判定部
15 符号化対象フレーム更新部
20 非動き推定予測モードにおける符号化コスト算出処理部
21 視覚的歪み量臨界点閾値記憶部
22 視覚的歪み量高速化閾値記憶部
23 視覚的歪み量高速化閾値比較部
25 動き推定予測モードにおける符号化コスト算出処理部
26 最適予測モード決定部
27 全マクロブロック符号化完了判定部
28 符号化対象マクロブロック更新部
Claims (8)
- 画素値の予測方法の選定において,発生符号量と画質劣化値との重み和からなる符号化コストを最小にする予測方法を選定し,選定された予測方法を用いて生成した予測値と原信号との差分信号を符号化する動画像符号化方法において,
符号化対象の画像領域の差分信号に対して直交変換を施し,生成された各周波数成分にコントラスト感度関数値を乗算し,乗算された各周波数帯のエネルギーの画像領域内総和を画質劣化値として定めるステップと,
前記画質劣化値が予め定められた画質劣化検知臨界値以下の場合には,前記画質劣化値を0に更新し,そうでない場合には,前記画質劣化検知臨界値を前記画質劣化値から減算したものを更新後の画質劣化値とするステップと,
予測残差信号に対する更新後の画質劣化値が0の場合には,前記予測残差信号をすべて0に更新するステップと,
更新後の画質劣化値を用いて予測方法の選定を行うステップと,
更新後の予測残差信号を符号化するステップと,
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画素値の予測方法の選定において,発生符号量と画質劣化値との重み和からなる符号化コストを最小にする予測方法を選定し,選定された予測方法を用いて生成した予測値と原信号との差分信号を符号化する動画像符号化方法において,
符号化対象の画像領域の差分信号に対して直交変換を施し,生成された各周波数成分にコントラスト感度関数値を乗算し,乗算された各周波数帯のエネルギーの画像領域内総和を画質劣化値として定めるステップと,
動き推定を実行しない予測方法の画質劣化値のデータ群の中に,予め定められた高速化閾値以下のものがある場合には,前記高速化閾値より小さい画質劣化値を与える予測方法の中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別し,そうでない場合には,動き推定を実行する予測方法の符号化コストを前記画質劣化値を用いて算出し,すべての予測方法の符号化コストの中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別するステップと,
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画素値の予測方法の選定において,発生符号量と画質劣化値との重み和からなる符号化コストを最小にする予測方法を選定し,選定された予測方法を用いて生成した予測値と原信号との差分信号を符号化する動画像符号化方法において,
符号化対象の画像領域の差分信号に対して直交変換を施し,生成された各周波数成分にコントラスト感度関数値を乗算し,乗算された各周波数帯のエネルギーの画像領域内総和を画質劣化値として定めるステップと,
前記画質劣化値が予め定められた画質劣化検知臨界値以下の場合には,前記画質劣化値を0に更新し,そうでない場合には,前記画質劣化検知臨界値を前記画質劣化値から減算したものを更新後の画質劣化値とするステップと,
予測残差信号に対する更新後の画質劣化値が0の場合には,前記予測残差信号をすべて0に更新するステップと,
更新後の画質劣化値を用いて予測方法の選定を行うステップと,
更新後の予測残差信号を符号化するステップと,
動き推定を実行しない予測方法の更新後の画質劣化値のデータ群の中に,予め定められた高速化閾値以下のものがある場合には,前記高速化閾値より小さい更新後の画質劣化値を与える予測方法の中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別し,そうでない場合には,動き推定を実行する予測方法の符号化コストを更新後の画質劣化値を用いて算出し,すべての予測方法の符号化コストの中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別するステップと,
を有することを特徴とする動画像符号化方法。 - 画素値の予測方法の選定において,発生符号量と画質劣化値との重み和からなる符号化コストを最小にする予測方法を選定し,選定された予測方法を用いて生成した予測値と原信号との差分信号を符号化する動画像符号化装置において,
符号化対象の画像領域の差分信号に対して直交変換を施し,生成された各周波数成分にコントラスト感度関数値を乗算し,乗算された各周波数帯のエネルギーの画像領域内総和を画質劣化値として定める手段と,
前記画質劣化値が予め定められた画質劣化検知臨界値以下の場合には,前記画質劣化値を0に更新し,そうでない場合には,前記画質劣化検知臨界値を前記画質劣化値から減算したものを更新後の画質劣化値とする手段と,
予測残差信号に対する更新後の画質劣化値が0の場合には,前記予測残差信号をすべて0に更新する手段と,
更新後の画質劣化値を用いて予測方法の選定を行う手段と,
更新後の予測残差信号を符号化する手段と,
を備えることを特徴とする動画像符号化装置。 - 画素値の予測方法の選定において,発生符号量と画質劣化値との重み和からなる符号化コストを最小にする予測方法を選定し,選定された予測方法を用いて生成した予測値と原信号との差分信号を符号化する動画像符号化装置において,
符号化対象の画像領域の差分信号に対して直交変換を施し,生成された各周波数成分にコントラスト感度関数値を乗算し,乗算された各周波数帯のエネルギーの画像領域内総和を画質劣化値として定める手段と,
動き推定を実行しない予測方法の画質劣化値のデータ群の中に,予め定められた高速化閾値以下のものがある場合には,前記高速化閾値より小さい画質劣化値を与える予測方法の中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別し,そうでない場合には,動き推定を実行する予測方法の符号化コストを前記画質劣化値を用いて算出し,すべての予測方法の符号化コストの中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別する手段と,
を備えることを特徴とする動画像符号化装置。 - 画素値の予測方法の選定において,発生符号量と画質劣化値との重み和からなる符号化コストを最小にする予測方法を選定し,選定された予測方法を用いて生成した予測値と原信号との差分信号を符号化する動画像符号化装置において,
符号化対象の画像領域の差分信号に対して直交変換を施し,生成された各周波数成分にコントラスト感度関数値を乗算し,乗算された各周波数帯のエネルギーの画像領域内総和を画質劣化値として定める手段と,
前記画質劣化値が予め定められた画質劣化検知臨界値以下の場合には,前記画質劣化値を0に更新し,そうでない場合には,前記画質劣化検知臨界値を前記画質劣化値から減算したものを更新後の画質劣化値とする手段と,
予測残差信号に対する更新後の画質劣化値が0の場合には,前記予測残差信号をすべて0に更新する手段と,
更新後の画質劣化値を用いて予測方法の選定を行う手段と,
更新後の予測残差信号を符号化する手段と,
動き推定を実行しない予測方法の更新後の画質劣化値のデータ群の中に,予め定められた高速化閾値以下のものがある場合には,前記高速化閾値より小さい更新後の画質劣化値を与える予測方法の中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別し,そうでない場合には,動き推定を実行する予測方法の符号化コストを更新後の画質劣化値を用いて算出し,すべての予測方法の符号化コストの中で最も小さい符号化コストを与える予測方法を選別する手段と,
を備えることを特徴とする動画像符号化装置。 - 請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の動画像符号化方法を,コンピュータに実行させるための動画像符号化プログラム。
- 請求項7記載の動画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。
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