JP5044415B2 - 画像符号化/画像復号化方法及び画像符号化/画像復号化装置 - Google Patents
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Description
図1に示す動画像符号化装置100は、動画像信号を複数の小画素ブロックに分割して符号化するように構成される。この動画像符号化装置100には、ブロックサイズや予測画像信号の生成方法が異なる複数のフレーム予測モードが用意されている。フレーム内予測は、フレーム内で予測が閉じている予測方式であり、既に符号化済みの参照画素を利用して予測対象ブロックを予測する。本実施の形態では、図4Aに示されているように左上から右下に向かって符号化処理がなされていくものとする。
但し、モード情報をOH、予測誤差信号の絶対和をSADとすると次式を用いる。λは定数で与えられ、量子化幅や量子化パラメータの値に基づいて決められる。このようにして得られたコストを基に予測モードが決定される。コストKがもっとも小さい値を与える予測モードが最適予測モードとして選択される。
a〜p=(H+V+4)>>3
参照画素が利用できない時は、予測画素は利用できる参照画素の平均値で予測される。利用できる参照画素が1つも存在しない場合は、符号化装置の最大輝度値の半分の値(8ビットなら128)で予測値が計算される。その他のモードが選択されている場合、方向予測部202は、図5Aで示される予測方向に対して、参照画素から補間されている予測値をコピーする予測方法を用いる。具体的には、モード0(垂直予測)が選択されている場合の予測値生成方法を次式(3)に基づいて説明する。
b,f,j,n=B
c,g,k,o=C
d,h,l,p=D (3)
この予測モードは、参照画素AからDまで利用できるときだけ、選択することが可能である。予測方法の詳細を図5(c)に示す。参照画素A〜Dの輝度値がそのまま垂直方向に予測画素にコピーされ、予測値として補填される。
c,h=(A+(B<<1)+C+2)>>2
b,g,l=(M+(A<<1)+B+2)>>2
a,f,k,p=(I+(M<<1)+A+2)>>2
e,j,o=(J+(I<<1)+M+2)>>2
i,n=(K+(J<<1)+I+2)>>2
m=(L+(K<<1)+J+2)>>2(4)
この予測モードは、参照画素AからD並びにIからMまで利用できるときにのみ選択することが可能である。本予測モードの詳細を図5(d)に示す。3タップのフィルタによって生成されている値を右下45度方向へ予測画素にコピーし、予測値として補填する。
ここで、nは図6Aで示される予測画素位置(x10からx13、x19からx22、x28からx31、x37からx40)に対応するインデックスを示す。dは次式で与えられる。
blk_numは4x4画素ブロックのときは4、そして8x8画素ブロックのときは8を取る。
ここでnにはL=1(x10からx13)に対応するインデックスが入る。フィルタ係数はhi=(1、2、1)であり、Vi=(d+1、d、d−1)が対応する。
ここでnにはL=2(x19からx22)に対応するインデックスが入る。フィルタ係数はhi=(1、4、6、4、1)であり、Vi=(2d+2、2d+1、2d、2d−1、2d−2)が対応する。
ここでnにはL=3(x28からx31)に対応するインデックスが入る。フィルタ係数はhi=(1、6、15、20、15、6、1)であり、Vi=(3d+3、3d+2、3d+1、3d、3d−1、3d−2、3d−3)に対応する。
ここでnにはL=4(x37からx40)に対応するインデックスが入る。フィルタ係数はhi=(1、8、28、56、70、56、28、8、1)であり、Vi=(4d+4、4d+3、4d+2、4d+1、4d、4d−1、4d−2、4d−3、4d−4)に対応する。
対応する参照画素が存在しない場合は、その最後の参照画素値を予測式に補填することで予測を行う。例えば、x19を予測するとき、x00の左の参照画素が利用できない。しかし、x09の参照画素が利用できるため、次式(13)のように予測する。
この場合も同様に式(5)で予測に使われる画素を割り出し、必要な予測値を展開することで式(12)が導き出せる。
X(n)=(X(n−d−1)+(X(n−1)<<1)+X(n+d−1)+2)>>2(14)
画素適応隣接予測(モード2)の予測式は次式(15)で表される。
X(n)=(X(n−1)+X(n+d)+1)>>1(15)
画素適応直交左下予測(モード3)の予測式は次式(16)で表される。
X(n)=(X(n−d)+(X(n−d+1)<<1)+X(n−d+2)+2)>>2(16)
画素適応直交右下予測(モード4)の予測式は次式(17)で表される。
X(n)=(X(n−d)+(X(n−d−1)<<1)+X(n−1)+2)>>2(17)
画素適応垂直左予測(モード5)の予測式は次式(18)で表される。
X(n)=(X(n−d)+X(n−d−1)+1)>>1(18)
画素適応水平下予測(モード6)の予測式は次式(19)で表される。
X(n)=(X(n−d−1)+X(n−1)+1)>>1(19)
画素適応垂直左予測(モード7)の予測式は次式(20)で表される。
X(n)=(X(n−d)+X(n−d+1)+1)>>1(20)
画素適応水平上予測(モード8)の予測式は次式(21)で表される。
X(n)=(X(n−1)+X(n+d−1)+1)>>1(21)
画素適応垂直予測の時と同様、予測画素値を求めるためには、必要な予測済み画像を代入して展開することで、必要になる参照画素及び参照画素数、重み付けテーブルが割り出せる。
このように予測画素と参照画素との距離に応じて、利用する参照画素の数を変え、より精度の高い予測を行っているので、符号化効率を向上させることが可能と成る。予測精度の向上により、予測画像がより入力画像に近くなり、視覚的にも効果の高い予測方式である。
ここでcurrent_modeは予測ブロックCの予測モードである。関数min(A,B)はAとBの小さい方の値を返す。このように周囲のブロックの予測モード情報から予測ブロックの予測モード情報を予測するので、このモードは予測モード情報を符号化するための符号量を大幅に減らすことが可能な符号化モードの1つである。ここで、画素適応予測部201を用いて予測画像を生成するか、方向予測部202を用いて予測画像を生成するか、は後述するex_direct_intraフラグで決められており、符号化制御部108から与えられたex_direct_intraフラグ情報に基づいて決定される。
動画像符号化装置100に動画像信号の1フレームが入力されると(ステップS1)、画像分割部101は、1フレームを複数のマクロブロックに分割し、更に複数の小画素ブロックに分割する(ステップS2)。分割されている1つのマクロブロックを入力画像信号115としてフレーム内予測部102へ入力される。このとき、モード選択部103は、モードを示すインデックスやコストを初期化する(ステップS3)。
上述のようにして本実施の形態の動画像符号化装置100が動画像を符号化する。
rem_intra4x4_pred_mode=current_mode
一方、pred_modeがcurrent_modeに等しいか、小さいときは
rem_intra4x4_pred_mode=current_mode+1
の値が格納されている。
本実施形態により、参照画素から離れた予測画素に対する予測精度が向上し、予測誤差が改善される。
図10に示される第2の実施形態に係る動画像符号化部1000では、第1の実施の形態に加えて、仮符号化/符号量計測部1001、符号化歪み計測部1002、符号化切替スイッチ1003が更に設けられている。フレーム内予測部及びモード選択部の機能が第1の実施形態とは異なるために第1の実施形態とは異なる参照番号が割り当てられている。本実施形態においては、図1と共通する構成要素には同一の符号を付けてその説明を省略する。
λは定数で与えられ、量子化幅や量子化パラメータの値に基づいて決められる。このようにして得られた符号化コストを基にモードが選択される。コストJがもっとも小さい値を与えるモードが最適モードとして選択される。
上述した各部の機能は、コンピュータに記憶されているプログラムによって実現できる。
フレーム内予測部1004に入力画像信号115が入力されると、その信号は、画素適応予測部201と方向予測部202及び固定モード予測部203に入力される。予測モードと予測ブロック形状に対応する予測画像信号114が、画素適応予測部201と方向予測部202及び固定モード予測部203にて生成される。
動画像符号化装置1000に動画像が入力されると(ステップS001)、画像分割部101は、動画像の1フレームを複数のマクロブロックに分割する。分割されている1つのマクロブロックが入力画像信号115としてフレーム内予測部102へ入力される(ステップS002)。このとき、モード選択部1005、内部モード選択部1104は、モードを示すインデックスやコストを初期化する(ステップS003)。
図22に示す第3の実施形態では、第2の実施の形態に加えて、第1フレーム内予測部2202、第2フレーム内予測部2203が更に設けられている。画面分割部2201の機能が第2の実施形態とは異なるために異なる参照番号を与えている。図10の実施形態では、図1の実施形態と共通する構成要素には同一の符号を付けてその説明を省略する。
図23のシーケンスパラメータセットシンタクス内に示されるex_adaptive_blocksize_in_seq_flagは、ブロックサイズ切替予測をシーケンス毎に変更するかどうかを示すフラグであり、当該フラグがTRUEであるときは、ブロックサイズ切替予測の使用可否を、シーケンス単位で切り替えることが可能である。フラグがFALSEであるときは、シーケンス内ではブロックサイズ切替予測を用いることが出来ない。
(第4の実施の形態(復号化))
図29に示す動画像復号化装置によると、動画像符号化装置から送出され、伝送系または蓄積系を経て送られてきた符号化データは、入力バッファ901に一度蓄えられ、多重化分離器902により1フレーム毎にシンタクスに基づいて複数の画素ブロックに分離された後、それらが符号列復号部903に入力される。符号列復号部903は、図13に示されるシンタクス構造に従って、ハイレベルシンタクス、スライスレベルシンタクス、マクロブロックレベルシンタクスの夫々に対して、順次符号化データの各シンタクスの符号列を復号する。量子化されている変換係数、量子化マトリクス、量子化パラメータ、予測モード情報、予測切替情報などが復元される。
本実施形態にかかる動画像復号化方法を動画像復号装置900のフレーム内予測部907が図30を参照して説明する。図30の実施形態では、図29の実施形態と同じ構成要素には同一の符号を付けてその説明を省略する。
上述したように、画素適応予測部3002により予測画像生成方法が実行される。
図31を参照して第2の実施形態に係る復号化装置3100を説明する。本実施の形態では、第4の実施の形態に対して、フレーム内予測部907が第1フレーム内予測部3102、第2フレーム内予測部3103に変更されている。さらに、ブロックサイズ切替スイッチ3101が新たに導入されている。本実施形態では、図29と同じ構成要素には同一の符号を付けてその説明を省略する。
Claims (24)
- 1画面に対応する入力画像信号を複数の画素ブロック信号に分割するステップと、
予測画素と符号化済み参照画素との距離に応じて変更される数の参照画素を用いて複数の予測モード毎に規定されている方向に従って前記予測画素を外挿する画面内予測を行い、予測画像信号と予測モード情報を生成する予測信号生成ステップと、
前記画素ブロック信号と前記予測画像信号とから予測誤差信号を計算するステップと、
前記予測誤差信号を用いて1つの予測モードを選択する予測モード選択ステップと、
前記選択されている予測モードに基づく予測誤差信号を用いて符号化を行う符号化ステップと、
を含む、画像符号化方法。 - 前記予測信号生成ステップにおいて、前記予測画素と前記符号化済み参照画素との前記距離が大きいほど多くの数の参照画素を用いて前記予測画素を外挿する、請求項1記載の画像符号化方法。
- 予測モード毎に対応する前記予測画像信号のブロックサイズを特定の画素ブロックサイズ内で切り替えるブロックサイズ選択ステップを含む、請求項1又は2記載の画像符号化方法。
- 前記予測モード情報を符号化するか、符号化しないかを特定の画素ブロックサイズ内で切り替えるモード情報選択ステップを含む、請求項1又は2記載の画像符号化方法。
- 前記予測信号生成ステップにおいて、前記参照画素と前記予測画素との前記距離に従って、予測に用いるフィルタ係数の重み付けテーブルを変更するステップを含む、請求項1乃至4のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 前記符号化ステップにおいて、前記予測誤差信号を変換係数に変換し、量子化することによって変換係数データを生成する変換量子化ステップを含む、請求項1乃至4のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 前記予測信号生成ステップにおいて、画素単位で外挿を行う際に、外挿予測済み予測画像信号を利用するか、利用しないか、を適応的に切り替えるステップを含む、請求項1乃至4のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 前記予測信号生成ステップにおいて、画素単位で外挿を行う際、前記符号化済み参照画像を利用するか、利用しないか、を適応的に切り替えるステップを含む、請求項1乃至4のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 前記予測信号生成ステップにおいて、画素単位で外挿を行う際、シーケンス毎、ピクチャ毎、もしくはスライス毎に前記予測画素と前記符号化済み参照画素との前記距離に応じて変更される数の参照画素を用いて複数の予測モード毎に規定されている方向に従って前記予測画素を外挿する画面内予測を行うか、行わないかを切り替えるステップを含むことを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 変換量子化ステップで量子化された量子化ブロックサイズに応じて予測モードを切り替えるステップを含むことを特徴とする、請求項1乃至4及び6のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 前記予測信号生成ステップにおいて、画素単位で外挿を行う際、予測モードで定められた予測方向に従って予測画素生成順を変更し、前記符号化済みの参照画素とともに、外挿済み予測画素を一時メモリに保存し、次の予測を行う際に利用するステップを含む、請求項1乃至4及び6のいずれか1記載の画像符号化方法。
- 予測モード情報を含む符号列を復号する符号列復号ステップと、
前記復号された情報の予測モード情報に基づき選択予測モードに従って符号化済み参照画素と予測画素との距離に応じて予測に用いる参照画素の数及び予測画素生成順を変更するステップと、
画素単位で外挿を行う画面内予測を行うことによって予測画像信号を生成する予測信号生成ステップと、
前記復号された情報を基に予測誤差信号を生成する予測誤差信号生成ステップと、
前記予測画像信号と前記予測誤差信号を加算して、復号画像を生成する復号画像生成ステップと、
を含む、画像復号化方法。 - 予測モード毎に対応する前記予測画像信号のサイズを特定の画素ブロックサイズ内で切り替えるブロックサイズ選択ステップを含む、請求項12記載の画像復号化方法。
- 予測モードの予測を行い、予測されている前記予測モード情報を復号するか、復号しないか、を特定の画素ブロックサイズ内で切り替えるモード情報選択ステップを含む、請求項12記載の画像復号化方法。
- 前記予測信号生成ステップは、画素単位で外挿を行う画面内予測を行う際、前記参照画素と前記予測画素の前記距離に従って、予測に用いるフィルタの重み付けテーブルを変更するステップを含む、請求項12,13又は14記載の画像復号化方法。
- 前記予測誤差信号生成ステップは、復号されている係数を基に逆量子化処理を行い、逆量子化されている変換係数に対して逆変換処理を行って、前記予測誤差信号を生成する逆量子化逆変換ステップを含む、請求項12,13又は14記載の画像復号化方法。
- 前記予測信号生成ステップは、予測済み予測画像信号を利用するか、利用しないか、と適応的に切り替えるステップを含む、請求項12,13又は14記載の画像復号化方法。
- 前記予測信号生成ステップは、復号化済み参照画像を利用するか、利用しないか、を適応的に切り替えるステップを含む、請求項12,13又は14記載の画像復号化方法。
- 前記予測信号生成ステップは、シーケンス毎、ピクチャ毎、もしくはスライス毎に前記画面内予測を行うか、行わないか、を切り替えるステップを含む、請求項12,13又は14記載の画像復号化方法。
- 前記予測信号生成ステップは、画素単位で外挿を行う際、予測モードで定められた予測方向に従って予測画素生成順を変更し、予測済み予測画素を一時メモリに保存し、次の予測を行う際に利用するステップを含む、請求項12,13又は14記載の画像復号化方法。
- 1画面に対応する入力画像信号を複数の画素ブロック信号に分割する画面分割部と、
予測画素と符号化済み参照画素との距離に応じて変更される数の参照画素を用いて複数の予測モード毎に規定されている方向に従って前記予測画素を外挿する画面内予測を行い、予測画像信号と予測モード情報を生成する予測信号生成部と、
前記画素ブロック信号と前記予測画像信号とから予測誤差信号を計算し、前記予測誤差信号を用いて1つの予測モードを選択する予測モード選択部と、
前記選択されている予測モードに基づく予測誤差信号を用いて符号化を行う符号化部と、
を具備する、画像符号化装置。 - 予測モード情報を含む符号列を復号する符号列復号部と、
前記復号された情報の予測モード情報に基づき選択予測モードに従って符号化済み参照画素と予測画素との距離に応じて予測に用いる参照画素の数及び予測画素生成順を変更し、画素単位で外挿を行う画面内予測を行うことによって予測画像信号を生成する予測信号生成部と、
前記復号された情報を基に予測誤差信号を生成する予測誤差信号生成部と、
前記予測画像信号と前記予測誤差信号を加算して、復号画像を生成する復号画像生成部と、
を具備する、画像復号化装置。 - 1画面に対応する入力画像信号を複数の画素ブロック信号に分割する命令と、
予測画素と符号化済み参照画素との距離に応じて変更される数の参照画素を用いて複数の予測モード毎に規定されている方向に従って前記予測画素を外挿する画面内予測を行い、予測画像信号と予測モード情報を生成する命令と、
前記画素ブロック信号と前記予測画像信号とから予測誤差信号を計算する命令と、
この予測誤差信号を用いて1つの予測モードを選択する命令と、
前記選択されている予測モードに基づく予測誤差信号を用いて符号化を行う命令と、
をコンピュータに実行させる画像符号化プログラム。 - 予測モード情報を含む符号列を復号する命令と、
前記復号された情報の予測モード情報に基づき選択予測モードに従って符号化済み参照画素と予測画素との距離に応じて予測に用いる参照画素の数及び予測画素生成順を変更する命令と、
画素単位で外挿を行う画面内予測を行うことによって予測画像信号を生成する命令と、
前記復号された情報を基に予測誤差信号を生成する命令と、
前記予測画像信号と前記予測誤差信号を加算して、復号画像を生成する命令と、
をコンピュータに実行させる画像復号化プログラム。
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