JP4834590B2 - 動画像復号化装置及び動画像復号化方法 - Google Patents

動画像復号化装置及び動画像復号化方法 Download PDF

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Description

本発明は、動画像復号化装置及び動画像復号化方法に関する。
近年、例えばH.264/AVC(以下、単にH.264とも称す)等の符号化方式で符号化された動画像符号化列の復号化処理を行うことのできる動画像復号化装置が普及しつつある。しかしながら、H.264等の動画像符号化列の復号化処理は計算が多いので、全ての計算を行うと遅延が生じる場合がある。また、特に復号化処理を専用のGPU(Graphics Processing Unit)等で行うことも考えられているが、GPUの特性によっては重み付き予測等の特定の予測方法に対する計算速度が遅いために遅延が生じる場合がある。
このような動画像符号化列の復号化の処理軽減方法はいくつか考えられている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、他のピクチャから参照されないピクチャのデコード処理を行わない情報処理装置が記載されている。
特開2006−101405号公報
しかしながら、特許文献1記載の手法では、他のピクチャから参照されないピクチャのデコード処理を全く行わないため、画質の劣化が大きくなるという課題があった。
そこで本発明は、画質の劣化を抑制しつつ、復号化処理の負荷軽減を図ることのできる動画像復号化装置及び動画像復号化方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の動画像復号化装置は、動画像符号化列の入力を受けて予測誤差信号を復号化する復号化手段と、少なくとも一つの参照ピクチャとの間の動きベクトルを用いる動き補償予測により動き補償予測信号を生成する動き補償予測手段と、前記動き補償予測信号及び第1の重み係数の積と、第2の重み係数との線形和から重み付き予測信号を生成する重み付き予測手段と、前記重み付き予測手段が生成した前記重み付き予測信号又は前記動き補償予測手段が生成した前記動き補償予測信号の一方と、前記復号化手段が復号化した前記予測誤差信号とを加算して、画像信号を復号化する加算手段と、前記復号化の対象ピクチャが他のピクチャから参照されない非参照フレームである場合に、前記加算手段が前記予測誤差信号に加算する信号として、前記動き補償予測信号又は前記重み付き予測信号のうち該動き補償予測信号を選択する選択手段とを備えることを特徴とする。
本発明の動画像復号化方法は、動画像符号化列の入力を受けて予測誤差信号を復号化するステップと、少なくとも一つの参照ピクチャとの間の動きベクトルを用いる動き補償予測により動き補償予測信号を生成するステップと、前記動き補償予測信号及び第1の重み係数の積と、第2の重み係数との線形和から重み付き予測信号を生成するステップと、前記復号化の対象ピクチャが他のピクチャから参照されない非参照フレームである場合に、前記重み付き予測信号又は前記動き補償予測信号のうち該動き補償予測信号を選択するステップと、該選択された信号と前記予測誤差信号とを加算して、画像信号を復号化するステップとを備えることを特徴とする。
本発明によれば、画質の劣化を抑制しつつ、復号化処理の負荷軽減を図ることのできる動画像復号化装置を提供する。
以下、本発明の動画像復号化装置及び動画像復号化方法について、図面を参照しながら説明する。
まず、図1を参照しながら、本発明の動画像復号化装置の実施例であるコンピュータの構成について説明する。図1は、本発明の動画像復号化装置の実施例であるコンピュータの構成を示す図である。
コンピュータ10は、図1に示すように、CPU111と、ノースブリッジ113と、メインメモリ115と、グラフィカルプロセッシングユニット(GPU)117と、VRAM118と、サウスブリッジ119と、BIOS−ROM121と、ハードディスクドライブ(HDD)123と、光ディスクドライブ(ODD)125と、アナログTVチューナ127と、デジタルTVチューナ129と、エンベデッド・コントローラ/キーボードコントローラIC(EC/KBC)131と、ネットワークコントローラ133と、無線通信デバイス135とを有する。
CPU111は、本コンピュータ10の動作を制御するために設けられたプロセッサであり、HDD123からメインメモリ115にロードされる、オペレーティングシステム(OS)、及び復号化プログラム20等の各種プログラムを実行する。復号化プログラム20は、例えばH.264等の符号化方式で符号化された動画像符号化列を復号化するためのプログラムである。復号化プログラム20が復号化する該動画像符号化列は、例えばHD−DVD(High−Definition Digital Versatile Disk)からODD125が読み込んだものや、デジタルTVチューナ129が受信したものが考えられる。
復号化プログラム20は、GPU117上及びCPU111上で動画像符号化列の復号化処理を行う。復号化プログラム20は、この復号化処理時に、非参照Bピクチャの場合には動き補償予測を省略する特徴を持つ。この処理については後述する。
また、CPU111は、BIOS−ROM121に格納されたBIOS(Basic Input Output System)も実行する。BIOSはハードウェア制御のためのプログラムである。
ノースブリッジ113はCPU111のローカルバスと、サウスブリッジ119との間を接続するブリッジである。ノースブリッジ113には、メインメモリ115をアクセス制御するメモリコントローラも内蔵されている。また、ノースブリッジ113は、AGP(Accelerated Graphics Port)バス等を介してGPU117との通信を実行する機能も有している。
GPU117は本コンピュータ10のディスプレイモニタとして使用されるLCD(Liquid Crystal Display)120を制御する表示コントローラである。このGPU117はOS等によりVRAM118に書き込まれた画像データをLCD120に表示する。また先述の通り、GPU117は復号化プログラム20による制御の下、動画像符号化列の復号化処理を行う機能も有する。
サウスブリッジ119は、LPC(Low Pin Count)バス上の各デバイス、及びPCI(Peripheral Component Interconnect)バス上の各デバイスを制御する。また、サウスブリッジ119は、HDD123、ODD125を制御するためのIDE(Integrated Drive Electronics)コントローラを内蔵している。
さらに、サウスブリッジ119は、リアルタイムクロック(RTC)119Aを備えている。RTC119Aは、現在時刻(年、月、日、時、分、秒)を計時する時計モジュールとして機能する。
アナログTVチューナ127、デジタルTVチューナ129は、其々放送波によって放送される放送番組データを受信する受信部である。本実施例では、アナログTVチューナ127は、アナログ放送信号によって放送される放送番組データを受信するアナログTVチューナから構成され、デジタルTVチューナ129は、地上波デジタル放送信号によって放送される放送番組データを受信するデジタルTVチューナから構成されている。
EC/KBC131は、電力管理のためのエンベデッドコントローラと、キーボード(KB)132及びタッチパッド135を制御するためのキーボードコントローラとが集約された、1チップマイクロコンピュータである。EC/KBC131は、ユーザによるパワーボタンの操作に応じて本コンピュータ10をパワーオン/パワーオフする機能を有している。本コンピュータ10の各コンポーネントに供給される動作電源は、本コンピュータ10に内蔵されたバッテリ136、又はAVアダプタ138を介して外部から供給される外部電源から生成される。
ネットワークコントローラ133は有線ネットワークに接続するためのデバイスであり、インターネット等の外部ネットワークとの通信を実行するために使用される。また、無線通信デバイス135は無線ネットワークに接続するためのデバイスであり、他の無線通信デバイスとの一対一の無線通信や、インターネット等の外部ネットワークとの通信等に使用される。
次に、図2を参照しながら復号化プログラム20の構成を説明する。図2は、H.264/AVCの規格に基づく動画像符号化列を復号化する復号化プログラム20の構成を示す。尚先述の通り、図2に示す復号化プログラム20は、CPU111及びGPU117を用いて復号化処理を行う。
入力端子211からは、動画像符号化列251が入力される。この動画像符号化列251は、可変長符号復号部213に出力される。動画像符号化列251では、出現頻度の高い情報は短い符号で、そうでない情報は長い符号で表現することにより伝送ビット数を減らす可変長符号化が施されているが、可変長符号復号部213は、この可変長符号化が施された動画像符号化列251を、量子化DCT係数データ253へと復号化する(H.264/AVCの変換処理は整数演算で行うためDCTでは異なるが、ここではDCTと表記する)。また可変長符号復号部213は、動画像符号化列251を可変長復号して得られる、動きベクトル情報や予測モード情報等の各種パラメータ情報の解析処理も行う。この解析処理により得られた各種制御信号281は、復号化プログラム20の各構成に適宜与えられる。
可変長符号復号部213から出力された量子化DCT係数データ253は、逆変換部215に入力される。逆変換部215は、逆量子化及び逆DCT(Inverse Discrete Cosine Transform)変換により予測誤差信号255へと復号化される、
逆変換部215で復号化された予測誤差信号255は、可算器217で予測画像信号257と加算され、復号化画像信号259として再現される。この復号化画像信号259は、デブロッキング・フィルタ部219でブロック歪みの低減が図られる。このブロック歪みの低減が図られた出力画像信号261は、フレームメモリ部221に出力/記憶され、定められた出力順に応じて出力端子223から出力される。
動き補償予測部225では、制御信号252として得た動きベクトルの情報、参照ピクチャ等の情報から、動き補償予測によりフレームメモリ部221に格納されている出力画像信号261の補正を行う。動き補償予測部225は、この動き補償予測により得られた動き補償予測信号263を出力する。
CPU負荷検出部227は、CPU111に高負荷がかかっているか否かを検出する。これは、例えば復号化処理に遅延が生じたか否か等により検出することができる。
切換器229は、動き補償予測信号263に対して重み付き予測を行うか否かを、例えばCPU負荷検出部227の検出結果に応じて切り換える。CPU負荷検出部227がCPU111に高負荷がかかっていることを検出した場合には、重み付き予測の計算負荷を軽減するべく、重み付き予測を省略する。このとき、重み付き予測を省略するのは非参照Bピクチャであるものとする。参照Bピクチャで重み付き予測を省略すると、当該ピクチャを参照する他のピクチャに誤差が伝播し、画質劣化を招く要因となるからである。この他、例えばGPU117が重み付き予測に対する計算速度が遅い場合には、切換器229は、GPU117でのデコード時には重み付き予測を省略するように制御しても良い。
重み付き予測部231は、動き補償予測信号263に対して、制御信号252として得た重み係数等を用いて、明るさ(輝度)の重み付けにより予測を行い、重み付き予測信号265を出力する。
切換器229の制御により、動き補償予測信号263又は重み付き予測信号265の一方が、フレーム間予測処理により得られたフレーム間予測信号267となる。
また、当該ピクチャがフレーム内予測モードで符号化されている場合には、フレーム内予測部233が制御信号252に基づいてフレーム内予測信号269を生成して出力する。
切換器235は、制御信号252として得られる予測モード情報に基づいて、フレーム間予測信号267とフレーム内予測信号269のいずれを予測画像信号として可算器217に出力するかを切り換える。
続いて、図3を参照しながら、復号化プログラム20が復号化処理を行う、H.264規格に準拠する動画像符号化列251の階層構造について説明する。図3は、動画像符号化列251の階層構造を示す図である。
1つの動画像符号化列251は、シーケンス301として表現される。シーケンス301は2以上あっても良い。1つのシーケンス301は、1又は複数のアクセスユニット303を含む。1つのアクセスユニットは、複数のNAL(Network Abstraction Layer:ネットワーク抽象レイヤ)ユニット305を含む。
NALユニット305には、大きく分けて、ビデオ・コーディング・レイヤ(Video Coding Layer:動画像符号化処理を行うレイヤ、以下単にVCLとも称す)で生成された動画像符号化データが格納されるVCL NALユニットと、SPS(Sequence Parameter Set)やPPS(Picture Parameter Set9等、各種パラメータセットを格納するための非VCL NALユニットとがある。尚、NALは、VCLと、符号化した情報を伝送・蓄積する下位レイヤとの間の層(レイヤ)であり、VCLと下位システムとを関連付けるための層である。
NALユニット305は、1バイトのNALヘッダ307と、VCLで得られた情報を格納したRBSP(Raw Byte Sequence Payload:図3中、単にデータ309)の部分から構成されている。
NALヘッダ107は、1ビットのforbidden_zero_bit311(固定値「0」が入る)と、2ビットのnal_ref_idc313と、5ビットのnal_unit_type315とから構成される。NALユニット305の種類は、nal_unit_type315により判別することが可能である。また、nal_ref_idc313は、非参照ピクチャかどうかを示すフラグである。復号化プログラム20は、当該nal_ref_idc313を参照して、非0であれば参照ピクチャ、0であれば非参照ピクチャであると判断することができる。切換器229は、当該nal_ref_idc313が非0のBピクチャに対して、重み付き予測を省略するように制御を行う。
次に、図4、図5を参照しながら重み付き予測について簡単に説明する。Pスライスのフレーム間予測(L0予測)、及びBスライスの中で参照ピクチャを1枚だけ用いる予測モード(L0予測及びL1予測)では、動き補償予測信号Y又はYに重み係数Wをかけ、これにオフセットの係数D又はDを加えることにより重み付き予測信号W+D(又はW+D)を生成する。
参照ピクチャを2枚使うBスライスの双予測(Bi−predictive Prediction)では、2枚の動き補償予測信号Y及びYに其々重み係数W及びWをかけ、係数D(D=(D+D)/2)を可算することにより、重み付き予測信号W+W+Dを生成する。
ここで、Pスライスで重み付き予測を用いる場合には、動画像符号化列251のスライス・ヘッダに重み係数W、Dを入れて伝送される。
一方、Bスライスで重み付き予測が用いられる場合には、スライス・ヘッダに重み係数W、W、D、Dが動画像符号化列251に入れて伝送されるが、双予測では、送られた係数を使う明示的(Explicit)モードと、参照ピクチャからの距離に応じて係数を計算する暗黙的(Implicit)モードとを切り換えて用いる。ここで、動画像符号化列251に重み係数が入っている場合には、当該重み係数は可変長符号復号部213で検出され、制御信号252として重み付き予測部231に入力される。
ここで重み付き予測の例として、Bスライスの双予測について図5を参照しながら説明する。重み付き予測は、暗い画面が段々明るくなっていく動画像(フェード・イン)や、明るい画像が段々暗くなっていく動画像(フェード・アウト)のように、明るさが時間的に変化する画像など有効な、輝度に対する予測を行う予測方法である。
復号化対象ピクチャが参照ピクチャ0、1を参照している場合であって、参照ピクチャ0の輝度がY、参照ピクチャ1の輝度がYである場合に、復号化対象ピクチャの輝度は、先述の通りW+W+Dとして求めることができる。
本実施例では、重み付き予測により符号化が行われている動画像符号化列251中のスライスであっても、当該スライスが非参照Bピクチャである場合や、復号化処理に遅延が生じてCPU111の処理負荷が大であることを検出した場合に、重み付き予測を用いた復号化を省略し、動き補償予測信号263をフレーム間予測信号267とする。
尚ここで、参照ピクチャとは、他のピクチャでフレーム間予測を行う際に、参照画像として使用されるピクチャであるものとする。同様に、非参照ピクチャとは、他のピクチャでフレーム間予測を行う際に、参照画像として使用されないピクチャであるものとする。
以下、図6を参照しながら復号化プログラム20の重み付き予測の処理の流れを説明する。図6は、復号化プログラム20による重み付き予測の処理の流れを示すフローチャートである。
まず、復号化プログラム20のCPU負荷検出部227は、CPU負荷が高い否かを判断する(S601)。これは先述の通り、例えば復号化処理に遅延が生じているか否かにより判断することができる。
CPU負荷が高くなければ(S601のYes)、復号化対象ピクチャが非参照Bピクチャか否かを判断する(S602)。CPU負荷が低く、復号化処理に遅延が生じていない場合(S601のNo)、又は参照Bピクチャである場合(S602のYes)には、切換器229は重み付き予測部231に重み付き予測を行わせ、重み付き予測信号265をフレーム間予測信号267とする。
一方、CPU負荷が高く(S601のYes)、復号化対象ピクチャが非参照Bピクチャである場合には(S602のNo)、切換器229は、重み付き予測を省略し、動き補償予測信号263をフレーム間予測信号267とする。
以上説明したように、本提案では、非参照Bピクチャ等の重み付き予測を省略することにより、復号化処理量の削減を図ることができる。特に、例えばGPU11で復号化を行う場合であって、重み付き予測処理の処理速度が遅い場合に、重み付き予測を省略することにより、遅延の発生を抑制することができる。
また、重み付き予測を省略するのを非参照Bピクチャに絞ることで、重み付き予測省略による誤差が他のピクチャに伝播することを防ぐことができる。
本発明の実施例1に係るコンピュータの構成を示す図。 本発明の実施例1に係る復号化プログラムの構成を示す図。 本発明の実施例1に係るコンピュータが復号化する動画像符号化列の階層構造を示す図。 本発明の実施例1に係るコンピュータが復号化する動画像符号化列の重み付き予測について説明するための図。 本発明の実施例1に係るコンピュータが復号化する動画像符号化列の重み付き予測について説明するための図。 本発明の実施例1に係るコンピュータの重み付き予測の処理の流れを示すフローチャート。
符号の説明
10・・・コンピュータ
20・・・復号化プログラム
111・・・CPU
113・・・ノースブリッジ
115・・・メインメモリ
117・・・GPU
118・・・VRAM
119・・・サウスブリッジ
119A・・・RTC
121・・・BIOS−ROM
123・・・HDD
125・・・ODD
127・・・アナログTVチューナ
129・・・デジタルTVチューナ
131・・・EC/KBC
132・・・キーボード
133・・・ネットワークコントローラ
134・・・タッチパッド
135・・・無線通信デバイス
136・・・バッテリ
138・・・ACアダプタ
211・・・入力端子
213・・・可変長符号復号部
215・・・逆変換部
217・・・可算器
219・・・デブロッキング・フィルタ部
221・・・フレームメモリ部
223・・・出力端子
225・・・動き補償予測部
227・・・CPU負荷検出部
229・・・切換器
231・・・重み付き予測部
233・・・フレーム内予測部
235・・・切換器

Claims (4)

  1. 動画像符号化列の入力を受けて予測誤差信号を復号化する復号化手段と、
    少なくとも一つの参照ピクチャとの間の動きベクトルを用いる動き補償予測により動き補償予測信号を生成する動き補償予測手段と、
    前記動き補償予測信号及び第1の重み係数の積と、第2の重み係数との線形和から重み付き予測信号を生成する重み付き予測手段と、
    前記重み付き予測手段が生成した前記重み付き予測信号又は前記動き補償予測手段が生成した前記動き補償予測信号の一方と、前記復号化手段が復号化した前記予測誤差信号とを加算して、画像信号を復号化する加算手段と、
    前記復号化の対象ピクチャが他のピクチャから参照されない非参照フレームである場合に、前記加算手段が前記予測誤差信号に加算する信号として、前記動き補償予測信号又は前記重み付き予測信号のうち該動き補償予測信号を選択する選択手段と
    を備えることを特徴とする動画像復号化装置。
  2. 処理負荷を検出する負荷検出部
    を更に備え、
    前記選択手段は、前記負荷検出部が検出した処理負荷に応じて、前記加算手段が前記予測誤差信号に加算する信号を選択すること
    を特徴とする請求項1記載の動画像復号化装置。
  3. 動画像符号化列の入力を受けて予測誤差信号を復号化するステップと、
    少なくとも一つの参照ピクチャとの間の動きベクトルを用いる動き補償予測により動き補償予測信号を生成するステップと、
    前記動き補償予測信号及び第1の重み係数の積と、第2の重み係数との線形和から重み付き予測信号を生成するステップと、
    前記復号化の対象ピクチャが他のピクチャから参照されない非参照フレームである場合に、前記重み付き予測信号又は前記動き補償予測信号のうち該動き補償予測信号を選択するステップと、
    該選択された信号と前記予測誤差信号とを加算して、画像信号を復号化するステップと
    を備えることを特徴とする動画像復号化方法。
  4. 処理負荷を検出するステップ
    を更に備え、
    前記選択ステップでは、処理負荷を検出するステップで検出した処理負荷に応じて、信号を選択すること
    を特徴とする請求項3記載の動画像復号化方法。
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