JP4877449B2 - 動画像符号化装置および動画像符号化処理プログラム - Google Patents
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Description
図10は、ブロック画像入力毎に実行される符号化判定処理の動作を示すフローチャートである。ブロック画像入力に応じて本処理が実行されると、ステップSF1に進み、装置各部をイニシャライズする。次いで、ステップSF2では、フレーム間予測符号化時の生成符号量を推定するinter予測処理を実行し、続くステップSF3では、フレーム内予測符号化時の生成符号量を推定すると共に、フレーム内符号化(整数DCT、量子化、逆量子化および逆整数DCT)を行うintra予測処理を実行する。そして、ステップSF4では、上記ステップSF2にて得られる最小の差分絶対値和SADinter(inter予測時の生成符号量に相当)が、上記ステップSF3にて得られる最小の差分絶対値和SADintra(intra予測時の生成符号量に相当)より大きいか否かを判断する。
一方、inter予測時の生成符号量がintra予測時の生成符号量より小さいと、上記ステップSF4の判断結果が「NO」になり、ステップSF5に進み、フレーム間符号化(整数DCT、量子化、逆量子化および逆整数DCT)を行うinter D&Q処理を実行する。したがって、この場合、動画像符号化装置はフレーム間符号化にて動画圧縮する。
次に、図11〜図13を参照してinter予測処理の動作を説明する。上述のステップSF2(図10参照)を介して本処理が実行されると、図11に図示するステップSG1に進み、16×16画素のマクロブロックを16分割した4×4画素のブロックの全てについて処理し終えたかどうかを判断する。全てのブロックについて処理し終えると、判断結果は「YES」となり、本処理を完了させるが、そうでなければ、判断結果が「NO」になり、ステップSG2に進む。 なお、16×16画素のマクロブロックと4×4画素のブロックとの関係は、図13に図示する通り、マクロブロックのブロックナンバnにて4×4画素のブロックが指定されるようになっている。
次に、図14を参照してintra予測処理の動作を説明する。前述したステップSF3(図10参照)を介して本処理が実行されると、図14に図示するステップSJ1に進み、16×16画素のマクロブロックを16分割した4×4画素のブロックの全てについて処理し終えたかどうかを判断する。全てのブロックについて処理し終えると、判断結果は「YES」となり、本処理を完了させるが、そうでなければ、判断結果が「NO」になり、ステップSJ2に進む。ステップSJ2では、例えばintra4×4modeの場合、mode0〜mode8の計9種類の予測方法にて各modeの予測ブロック値を算出する。
次に、図15を参照してinter D&Q処理の動作を説明する。前述したステップSF5(図10参照)を介して本処理が実行されると、図15に図示するステップSK1に進み、16×16画素のマクロブロックを16分割した4×4画素のブロックの全てについて処理し終えたかどうかを判断する。全てのブロックについて処理し終えていなければ、判断結果は「NO」となり、ステップSK2に進む。
(a)例えばシーンチェンジ時や、動きベクトルが正しく検出されない時あるいはフラッシュ等により輝度変化が大きい時などのように参照画像に対して入力画像の変化が著しい場合を除けば、フレーム内符号化が選択されることはほとんど無い。この為、膨大な演算量のintra予測処理(図14参照)が無駄になってしまうという問題がある。
また、視覚的に目立つノイズがあると、即座にフレーム内符号化を選択するので、ローカルミニマムに陥った場合の量子化誤差伝搬を素速く断ち切り画質低下を回避することもできる。
人間の視覚特性は、空間的視覚特性と時間的視覚特性とに大別される。空間的視覚特性は、画像の平坦な部分では解像度より階調の感度が高く、平坦でない部分では逆に階調より解像度の感度が高いことが知られている。したがって、動画を静止画の連続として捉えると、空間的視覚特性を考慮する必要が生じる。
ところで、符号化の際に発生する量子化誤差は、逆DCTされた後に予測画像に加算されて最終的に復号画像の画素毎に生じる。符号化・復号の過程で生じる画素毎の差分値をブロック単位で合算すれば、そのブロックで生じるノイズ量となる。
(1)構成
次に、図1を参照して本発明の第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態による動画像符号化装置の概略構成を示すブロック図である。この図に示す動画像符号化装置において、図9に図示した従来例と共通する構成要素には同一の番号を付し、その説明を省略する。
図1に示す動画像符号化装置が図9の従来例と相違する点は、平坦度算出部30およびノイズ算出部40とを新たに設ける一方、平坦度算出部30およびノイズ算出部40の各出力に応じて判定部21がフレーム内符号化あるいはフレーム間符号化のいずれかを選択することにある。
1)16×16画素のマクロブロックについてアダマール変換を行うより4×4画素のブロックについて16回のアダマール変換を行う方が演算量が圧倒的に少なく処理的に有利であること。
2)4×4画素のアダマール変換は、16×16画素のアダマール変換に比べて矩形波分解能が1/4に落ちるものの、本発明が意図する平坦度評価には十分な分解能が得られること。
3)H.264規格の直交変換には、4×4画素のサブブロックに対して整数DCTが用いられている為、サブブロックの画素値を一時記憶する計算用バッファを平坦度算出用にも共用できること。
誤差状況判定とは、符号化対象とされる現マクロブロックのminSAD値が閾値TH1(後述する)より大きいか否かを判定するものである。この誤差状況判定でminSAD値が閾値TH1より小さければ、第1の符号化判定(後述する)を行い、一方、minSAD値が閾値TH1より大きければ、第2の符号化判定(後述する)を行う。
このグラフから判るように、minSAD値は一次関数K1を境とし、常に量子化誤差総量ΣNoiseを上回る値を取る。このため、量子化誤差総量ΣNoiseをminSAD値で代用しても実際の量子化誤差を見逃す虞がなく、大まかな誤差判定には十分耐え得ることが判る。また、量子化誤差総量ΣNoiseをminSAD値で代用することで演算量増大も回避できる。
そこで、判定部21では、マクロブロックを16分割した4×4画素のブロック単位で抽出される「ノイズNoise」と「平坦度flat」とを勘案した第1の符号化判定を行う。その詳細については追って述べるが、第1の符号化判定では、「ノイズNoise」と「平坦度flat」とから人間が視覚的に判別できるノイズの有無を判断し、視覚的に判別できるノイズが存在する場合にフレーム内符号化を選択するようになっている。
この図に示すグラフから判るように、minSAD値が「600」程度の直線A以上の領域では、直線Bで示される一次近似関数を用いて視覚的に目立つノイズが出る領域であるか否かを判別することが可能になる。なお、直線Aの値とは、上述した誤差状況判定に用いる閾値TH1に相当する。
ところで、物体の移動もしくはカメラパン等により動きベクトルが大きいと、現マクロブロックがぼけた画像になり、その場合、量子化誤差は視覚的に目立たないノイズとなるにもかかわらずminSAD値が大きくなる傾向がある。
minSAD>(1+a×f(mv))×k×Flat …[1]
なお、[1]式において、係数aは動きベクトルの寄与分を調整する定数、係数kは上述した直線Bの傾きに相当する定数である。関数f(mv)は現マクロブロックの動きベクトル(u,v)の大きさ(u2+v2)である。
次に、図4〜図5を参照して上記構成による第1実施形態の符号化判定動作を説明する。
図4は、ブロック画像入力毎に実行される符号化判定処理の動作を示すフローチャートである。ブロック画像入力に応じて本処理が実行されると、先ずステップSA1において装置各部をイニシャライズした後、ステップSA2に進み、フレーム間予測符号化時の生成符号量を推定するinter予測処理を実行する。このinter予測処理は、図11に図示した従来例と同一であり、16×16画素の現マクロブロックを16分割した4×4画素のブロックの全てについて動きベクトルを探索するMVサーチ処理を行い、ブロック毎のminSAD値を得る。
次に、図5を参照してinter D&Q処理の動作を説明する。上述したステップSA3(図4参照)を介して本処理が実行されると、図5に図示するステップSB1に進み、16×16画素の現マクロブロックを16分割した4×4画素のブロックの全てについて処理し終えたかどうかを判断する。全てのブロックについて処理し終えると、判断結果は「YES」となり、本処理を完了させるが、そうでなければ、判断結果が「NO」になり、ステップSB2に進む。ステップSB2では、各ブロック毎にアダマール変換して得られるアダマール係数の高調波成分係数の絶対和値から現ブロックの平坦度flat(n)を算出する。
人間が視覚的に判別できるノイズが存在すると、判断結果は「YES」となり、ステップSB11に進み、フラグINTRA_FLGに「1」をセットした後、ステップSB1に処理を戻す。一方、人間が視覚的に判別できるノイズが存在しなければ、判断結果が「NO」になり、ステップSB1に処理を戻す。
また、平坦度flatおよびノイズNoiseに基づき現マクロブロックに目立つノイズがあるかどうかを判断し、視覚的に目立つノイズがあれば、即座にフレーム内符号化を選択するようにしたので、ローカルミニマムに陥った場合の量子化誤差伝搬を素速く断ち切り画質低下を回避することも可能になっている。
次に、図6を参照して第2実施形態による符号化判定処理の動作を説明する。上述の第1実施形態と同様、ブロック画像入力に応じて本処理が実行されると、ステップSC1にて装置各部をイニシャライズした後、ステップSC2に進み、フレーム間予測符号化時の生成符号量を推定するinter予測処理を実行し、16×16画素の現マクロブロックを16分割した4×4画素のブロック毎のminSAD値を得る。
ステップSC8では、フレーム間符号化を行うinter D&Q処理(図15参照)を実行する。これに対し、視覚的に目立つノイズが現マクロブロックに存在する場合には、上記ステップSC7の判断結果が「YES」となり、ステップSC6に進み、フレーム内符号化を行うintra D&Q処理を実行して本処理を終える。
したがって、第1実施形態と同様、膨大な演算量のintra予測処理(図14参照)を省略する為、無駄な演算を行わず、人間の視覚特性を考慮して高速に符号化モードを判定することが可能になっている。また、平坦度flatおよびノイズNoiseに基づき現マクロブロックに目立つノイズがあるかどうかを判断し、視覚的に目立つノイズがあれば、即座にフレーム内符号化を選択する為、ローカルミニマムに陥った場合の量子化誤差伝搬を素速く断ち切り画質低下を回避することも可能になる。
次に、図7を参照して第3実施形態による符号化判定処理の動作を説明する。上述の第1実施形態と同様、ブロック画像入力に応じて本処理が実行されると、ステップSD1にて装置各部をイニシャライズした後、ステップSD2に進み、フレーム間予測符号化時の生成符号量を推定するinter予測処理を実行し、16×16画素の現マクロブロックを16分割した4×4画素のブロック毎のminSAD値を得る。次いで、ステップSD3では、上記ステップSD2のinter予測処理にて得られるminSAD値が閾値TH1を超えるか否か、つまり量子化誤差が小さいかどうかを判断する誤差状況判定を行う。
視覚的にノイズが目立ち難い平坦度ならば、判断結果は「NO」になり、ステップSD8に進み、フレーム間符号化(整数DCT、量子化、逆量子化および逆整数DCT)を行うinter
D&Q処理(図15参照)を実行する。これに対し、視覚的にノイズが目立ち易い平坦度であると、上記ステップSD5の判断結果が「YES」になり、ステップSD6に進み、フレーム内符号化を行うintra
D&Q処理を実行する。
これに対し、視覚的に目立つノイズが現マクロブロックに存在する場合には、上記ステップSD7の判断結果が「YES」となり、ステップSD6に進み、フレーム内符号化を行うintra D&Q処理を実行して本処理を終える。
視覚的にノイズが目立ち難い場合には、フレーム間符号化を行い、視覚的にノイズが目立ち易い場合には、フレーム内符号化を行う。一方、量子化誤差が大きいと見做された場合には、動きベクトルの大きさを考慮した上で視覚的に目立つノイズが現マクロブロックに存在するかどうかを判断し、視覚的に目立つノイズが無ければ、フレーム間符号化を選択し、一方、視覚的に目立つノイズが有ると、フレーム内符号化を選択する。
次に、図8を参照して第4実施形態による符号化判定処理の動作を説明する。上述の第1実施形態と同様、ブロック画像入力に応じて本処理が実行されると、ステップSE1にて装置各部をイニシャライズした後、ステップSE2に進み、フレーム間予測符号化時の生成符号量を推定するinter予測処理を実行する。次いで、ステップSE3では、フレーム間符号化を行いつつ、4×4画素のブロック毎に検出した平坦度FlatおよびノイズNoiseに基づき現マクロブロックの一部画素に視覚的に目立つノイズがあるかどうかを判断し、視覚的に目立つノイズがあれば、フラグINTRA_FLGに「1」をセットするinter D&Q処理(図5参照)を実行する。
ΣNoise>(1+a×f(mv))×k×Flat…[2]
なお、[2]式において、係数aは動きベクトルの寄与分を調整する定数、係数kは上述した直線Bの傾きに相当する定数である。関数f(mv)は現マクロブロックの動きベクトル(u,v)の大きさ(u2+v2)である。
11 変換/量子化部
12 エントロピー符号化部
13 逆量子化/逆変換部
14 加算器
15 ループフィルタ
16 フレームメモリ
17 フレーム内予測部
18 動き検出部
19 動き補償部
20 セレクタ
21 判定部
30 平坦度算出部
40 ノイズ算出部
Claims (12)
- フレーム内符号化又はフレーム間符号化のいずれかを選択して動画圧縮する動画像符号化装置において、
符号化するマクロブロック画像の量子化誤差を代替する第1パラメタ−を算出する第1パラメタ−算出手段と、
前記マクロブロック画像の平坦度を表す第2パラメタ−を算出する第2パラメタ−算出手段と、
前記マクロブロック画像の動きベクトルの大きさを考慮した第3パラメタ−を算出する第3パラメタ−算出手段と、
前記第2パラメタ−と前記第3パラメタ−の積よりも前記第1パラメタ−が大きい場合にフレーム内符号化を選択する第1の符号化判定手段と
を具備する動画符号化装置 - 前記第1パラメタ−が所定の閾値よりも大きい場合に前記第1の符号化判定手段による判定を行う第2の符号化判定手段をさらに具備することを特徴とする請求項1に記載の動画符号化装置。
- 前記第2の判定手段による判定に先だって、フレーム間符号化を行うことを特徴とする請求項2に記載の動画符号化装置。
- 前記第2の判定手段による判定が否であった場合にフレーム間符号化を行うことを特徴とする請求項2に記載の動画符号化装置。
- 前記第2の判定手段による判定が否であった場合に前記第2のパラメタ−が所定の閾値よりも小さい場合にフレーム内符号化を行うことを特徴とする請求項2に記載の動画符号化装置。
- 前記第1パラメタ−は、最も相関の高い動きベクトルを検出した時の差分絶対値和であることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の動画像符号化装置。
- フレーム内符号化又はフレーム間符号化のいずれかを選択して動画圧縮する動画像符号化プログラムにおいて、
符号化するマクロブロック画像の量子化誤差を代替する第1パラメタ−を算出する第1パラメタ−算出処理と、
前記マクロブロック画像の平坦度を表す第2パラメタ−を算出する第2パラメタ−算出処理と、
前記マクロブロック画像の動きベクトルの大きさを考慮した第3パラメタ−を算出する第3パラメタ−算出処理と、
前記第2パラメタ−と前記第3パラメタ−の積よりも前記第1パラメタ−が大きい場合にフレーム内符号化を選択する第1の符号化判定処理と
をコンピュータで実行させることを特徴とする動画符号化処理プログラム。 - 前記第1パラメタ−が所定の閾値よりも大きい場合に前記第1の符号化判定処理による判定を行う第2の符号化判定処理をさらに実行させることを特徴とする請求項7に記載の動画符号化処理プログラム。
- 前記第2の判定処理による判定に先だって、フレーム間符号化を行うことを特徴とする請求項8に記載の動画符号化処理プログラム。
- 前記第2の判定処理による判定が否であった場合にフレーム間符号化を行うことを特徴とする請求項8に記載の動画符号化処理プログラム。
- 前記第2の判定処理による判定が否であった場合に前記第2のパラメタ−が所定の閾値よりも小さい場合にフレーム内符号化を行うことを特徴とする請求項8に記載の動画符号化処理プログラム。
- 前記第1パラメタ−は、最も相関の高い動きベクトルを検出した時の差分絶対値和であることを特徴とする請求項7〜11のいずれかに記載の動画符号化処理プログラム。
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