JP5015967B2 - 画像信号エンコードにおいて画像中のピクセル・ブロックの諸グループについてビット割り当てを決定するための方法および装置 - Google Patents
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Description
QPN=QP+(1−VDSi,j/255)×Δq (1)
を使うことによって非常に単純であり、ここで、QPはレート制御によって割り当てられる初期量子化パラメータ、ΔqはQPの修正を制限するためのパラメータ、VDSi,jは画像中の(i,j)番目のマクロブロック(MBと記す)の視覚的なゆがみ感度値、QPNは洗練された量子化パラメータである。このビット割り当て方式は粗く、単純であり、精密なビットレート制御およびゆがみ分布制御を考慮に入れていない。
S=e-d/a (2)
によって制御される。ここで、aは背景劣化の低下率を制御する定数であり、dはある背景ピクセルの、最も近い前景ピクセルからの距離である。この方式は、人間の視覚系と整合するゆがみ分布を与えようとするものであるが、その性能は使用されるモデルの精度の制約を受け、いかにしてDtarを取得し、所定のビット予算のもとで所与の式に従って品質劣化を保つかを説明しない。
min Ji:Ji=Di+λ×Ri (4)
に単純化できる。
λ′=α×λ (5)
に従って修正することに基づく最適化ビット割り当て方式を使うことが提案されている。ここで、αは知覚上の重要さの異なるレベルに従ってラグランジュ乗数を修正するためのスケーリング因子である。最適化ビット割り当てを実行するために異なる注目領域のゆがみに異なる重み付け因子Wiを加えることも提案されている:
式(8):
・現在画像について、前記量子化パラメータの諸候補に関し、ピクセル・ブロックの各グループについて、推定されるゆがみについておよびビットレートについてならびに前記量子化後の振幅が0の係数の数についてのテーブルまたはリストまたは関数を確立する段階と;
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、推定されるゆがみについておよびビットレートについての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って対応するゆがみ分布を計算し、次の段階からの出力も使って、前記ビット予算に達するために前記ゆがみ分布を修正する段階と、
・推定されるゆがみについておよびビットレートについての前記テーブルまたはリストまたは関数に基づいて、かつ前記計算されたゆがみ分布に基づいて、ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて推定されたビットレートを計算する段階と、
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、前記推定されたビットレートおよび振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って、ρ領域ビット割り当てを実行し、ピクセル・ブロックを量子化およびエンコードするために前記量子化パラメータのうちの対応するものを決定する段階とを含む。
・現在画像について、前記量子化パラメータの諸候補に関し、ピクセル・ブロックの各グループについて、推定されるゆがみについておよびビットレートについてならびに前記量子化後の振幅が0の係数の数についてのテーブルまたはリストまたは関数を確立するよう適応された手段と;
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、推定されるゆがみについておよびビットレートについての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って対応するゆがみ分布を計算し、次の段階からの出力も使って、前記ビット予算に達するために前記ゆがみ分布を修正するよう適応された手段と、
・推定されるゆがみについておよびビットレートについての前記テーブルまたはリストまたは関数に基づいて、かつ前記計算されたゆがみ分布に基づいて、ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて推定されたビットレートを計算するよう適応された手段と、
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、前記推定されたビットレートおよび振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って、ρ領域ビット割り当てを実行し、ピクセル・ブロックを量子化およびエンコードするために前記量子化パラメータのうちの対応するものを決定するよう適応された手段とを含む。
注目マスクに基づけば、画像は、異なる注目またはマスク値Miに従ってN個のGOB(group of macroblocks[マクロブロック・グループ])に分割できる。各GOBiはKi個のマクロブロック(MBと記す)を含み、
現在処理されている画像について、各GOBi(i=1,...,N)について、ヒストグラム解析アルゴリズムに基づいて、各GOBについて、三つの探索テーブルまたはリストまたは関数DGOBi[QPn]、RGOBi[QPn]およびρGOBi[QPn]が決定される。ここで、QPnは候補量子化パラメータ、DGOBi[QPn]は推定されるゆがみ(単位はMB当たりの平均ゆがみ)、RGOBi[QPn]は量子化パラメータQPnのもとでの各GOBiのビットレート、ρGOBi[QPn]は量子化パラメータQPnを使った量子化後にGOBiの振幅が0の係数の数である。
ステップ2.1)一定ビットレートのもとでゆがみ分布の推定(estimate distortion distribution under constant bit rate)ESTDDISTR
各GOBiがKi個のMBを含み、
残差信号の振幅(すなわち、変換された予測誤差信号)がガウス分布および対応するレートゆがみモデル(W. Lai, X. D. Gu, R. H. Wang, W. Y. Ma, H. J. Zhang, "A content-based bit allocation model for video streaming", ICME '04, 2004 IEEE International Conference on Multimedia and Expo, Volume 2, 27-30 June 2004, pp. 1315-1318参照)をもつとの想定に基づき、ゆがみ単位Duを得るために次の公式:
GOBi中の各MBについての割り当てられるゆがみ(バー付きのDi)を、公式(9):
DGOBi[QPn]およびRGOBi[QPn]のテーブルならびにステップ2)からの
ステップ4.1)量子化パラメータ決定(quantisation parameter determination)QPDET
Z. He and S. K. Mitra, "A linear source model and a unified rate control algorithm for DCT video coding", IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, Vol. 12, No. 11, Nov. 2002, pp. 970-982におけるρ領域レート制御モデルと同様に、GOBi内の残っているMBを量子化することによって生成されるべき0の数は:
すでにエンコードされたMBに従ってパラメータθおよびρGOBi[QPn]の更新:
S. H. Hong, S. D. Kim, "Histogram-based rate-distortion estimation for MPEG-2 video", IEE Proceedings Vision, Image Signal Processing, Vol. 146, No. 4, Aug. 1999, pp. 198-205によって提案されたアルゴリズムに基づいて、ISO/IEC14496-10 AVC/H.264規格のためのヒストグラムに基づくレート‐ゆがみ推定が実行される。基本的な想定は:平均平方誤差(MSE: mean squared error)で表したゆがみは適用される量子化パラメータの二乗に比例するということと、既存のビデオ符号化規格では通常、一様な量子化が使用されるということである。このとき、逐次反復アルゴリズムを使って、D(QPn)=D(QPn-1)+ΔD(QPn-1,QPn)に従って種々の量子化パラメータのゆがみを推定できる。ここで、ΔD(QPn-1,QPn)は、量子化パラメータがQPn-1からQPnに増加するときのゆがみの増分である。
場合1)量子化された係数がQPnで0でない;
場合2)量子化された係数がQPn-1では0でないが、QPnでは0に量子化される;
場合3)量子化された係数がQPn-1で0。
ΔDe(QPn-1,QPn)=ΔE1(QPn)+ΔE2(QPn)
となる。
残差信号のガウス分布の想定に基づき、最適ビット割り当てにおいて式(8)のような単純化されたレート‐ゆがみモデルが使われてきた。式(8)および(10)に基づいて、一つの基本的な結論:
このステップの結果は、ビット割り当てを洗練させるためにステップ2.3)にフィードバックされる。
このステップは、ビット予算制約を精密に満たすために使われる。通例、ステップ3)でビット予算がすでに満たされていれば、探索テーブルRGOBi[QPn]から導出された対応する量子化パラメータを各GOBについて直接使用できる。しかしながら、(たとえばH.264/AVCにおいて)実際の符号化における量子化パラメータおよび符号化モードが事前解析プロセスにおけるものから異なっている場合、ビット予算を満たすためには更新のある精密なビット割り当てが必要とされる。したがって、ρ領域レート制御が、限られたビット予算をもってゆがみを分散させるための各GOB内での洗練されたビット割り当て方式として使われる。
Claims (12)
- 変換および変換係数ブロックの量子化を含む画像信号エンコードにおいて、画像中のピクセル・ブロックの諸グループについてビット割り当てを決定する方法であって、前記画像はピクセル・ブロックの規則的なグリッドに分割され、ピクセル・ブロックの前記諸グループは、前記画像におけるピクセル・ブロックの対応する任意形状の領域の異なる注目重要さレベルに属し、画像のエンコードについてビット予算が与えられており、前記量子化は量子化パラメータによって制御され、本方法は:
・現在画像中のピクセル・ブロックの各グループについて、前記量子化パラメータの諸候補に関し、推定されるゆがみについてのテーブルまたはリストまたは関数、ビット・レートについてのテーブルまたはリストまたは関数、ならびに前記量子化後の振幅が0の係数の数についてのテーブルまたはリストまたは関数を確立する段階と;
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、ピクセル・ブロックのそのグループについての注目重要さレベルに比例する仮のゆがみ値を決定し、推定されるゆがみについての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って、前記仮の値に最も近い、ピクセル・ブロックのグループについてのゆがみ分布を決定し、前記ビット・レートについての前記テーブルまたはリストまたは関数と、推定されるビット・レートを計算する次の段階からの推定されるビット・レートのフィードバックとを使って、現在画像について指定されたビット予算に達するために前記ゆがみ分布を修正する段階と、
・推定されるゆがみについておよびビット・レートについての前記テーブルまたはリストまたは関数に基づいて、かつ前記計算されたゆがみ分布に基づいて、ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて推定されるビット・レートを計算する段階と、
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、前記推定されたビットレートおよび振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って、ρ領域ビット割り当てを実行し、ピクセル・ブロックを量子化およびエンコードするために前記量子化パラメータのうちの対応するものを決定する段階とを含む、
方法。 - 前記ピクセル・ブロックがマクロブロックである、請求項1記載の方法。
- 前記エンコードされた画像がISO/IEC 14496-10 AVCでエンコードされた画像シーケンスの一部である、請求項1または2記載の方法。
- 前記量子化パラメータが量子化器のきざみの大きさ(step size)である、請求項1ないし3のうちいずれか一項記載の方法。
- ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて仮のゆがみ値を決定する前記段階は:
・ピクセル・ブロックの各グループについて、ピクセル・ブロックのそのグループについての注目重要さレベルに依存しない対応する初期ゆがみ値
(外1)
を計算することと;
・ゆがみ単位
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、前記のDuの値から
請求項1ないし4のうちいずれか一項記載の方法。 - ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについてρ領域ビット割り当てを実行する段階が:
・前記量子化後の振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数から、対応する量子化パラメータを決定することと;
・振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数およびパラメータθを、すでにエンコードされたピクセル・ブロックに基づいて
請求項1ないし5のうちいずれか一項記載の方法。 - 変換および変換係数ブロックの量子化を含む画像信号エンコードにおいて、画像中のピクセル・ブロックの諸グループについてビット割り当てを決定する装置であって、前記画像はピクセル・ブロックの規則的なグリッドに分割され、ピクセル・ブロックの前記諸グループは、前記画像におけるピクセル・ブロックの対応する任意形状の領域の異なる注目重要さレベルに属し、画像のエンコードについてビット予算が与えられており、前記量子化は量子化パラメータによって制御され、本装置は:
・現在画像中のピクセル・ブロックの各グループについて、前記量子化パラメータの諸候補に関し、推定されるゆがみについてのテーブルまたはリストまたは関数、ビット・レートについてのテーブルまたはリストまたは関数、ならびに前記量子化後の振幅が0の係数の数についてのテーブルまたはリストまたは関数を確立するよう適応された手段と;
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、ピクセル・ブロックのそのグループについての注目重要さレベルに比例する仮のゆがみ値を決定し、推定されるゆがみについての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って、前記仮の値に最も近い、ピクセル・ブロックのグループについてのゆがみ分布を決定し、前記ビット・レートについての前記テーブルまたはリストまたは関数と、推定されるビット・レートを計算する次の手段からの推定されるビット・レートのフィードバックとを使って、現在画像について指定されたビット予算に達するために前記ゆがみ分布を修正するよう適応された手段と、
・推定されるゆがみについておよびビット・レートについての前記テーブルまたはリストまたは関数に基づいて、かつ前記計算されたゆがみ分布に基づいて、ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて推定されるビット・レートを計算するよう適応された手段と、
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、前記推定されたビットレートおよび振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数を使って、ρ領域ビット割り当てを実行し、ピクセル・ブロックを量子化およびエンコードするために前記量子化パラメータのうちの対応するものを決定するよう適応された手段とを含む、
装置。 - 前記ピクセル・ブロックがマクロブロックである、請求項7記載の装置。
- 前記エンコードされた画像がISO/IEC 14496-10 AVCでエンコードされた画像シーケンスの一部である、請求項7または8記載の装置。
- 前記量子化パラメータが量子化器のきざみの大きさ(step size)である、請求項7ないし9のうちいずれか一項記載の装置。
- ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて仮のゆがみ値を決定する前記手段は:
・ピクセル・ブロックの各グループについて、ピクセル・ブロックのそのグループについての注目重要さレベルに依存しない対応する初期ゆがみ値
(外2)
を計算することと;
・ゆがみ単位
・ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについて、前記のDuの値から
請求項7ないし10のうちいずれか一項記載の装置。 - ピクセル・ブロックの前記諸グループのそれぞれについてρ領域ビット割り当てを実行するよう適応されている手段が:
・前記量子化後の振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数から、対応する量子化パラメータを決定することと;
・振幅が0の係数の数についての前記テーブルまたはリストまたは関数およびパラメータθを、すでにエンコードされたピクセル・ブロックに基づいて
請求項7ないし11のうちいずれか一項記載の装置。
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