JP5206070B2 - 復号装置および復号方法 - Google Patents

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Description

本発明は、動画像の復号装置に関し、特に直交変換後の係数を用いたフレーム内予測を行う復号装置および復号方法に関する。
近年、デジタル放送や、ネットワーク放送等、デジタルデータを用いた動画像配信が盛んになってきている。さらには、動画像を高い圧縮率で符号化することにより、高解像度の動画像情報までも転送することが可能となってきている。
上記の動画像符号化技術において、隣接する画像同士は似ていることが多いことを利用したフレーム間予測と、隣接する画素同士が似ていることが多いことを利用したフレーム内予測が用いられている。フレーム内予測には、画素値をそのまま予測する手法と、DCT(離散コサイン変換)を用いて直交変換されたDCT係数の直流成分や、交流成分を予測する手法に分類される。後者の直交変換された直流成分や、交流成分を予測する手法では、予測対象ブロックの上に位置するブロックと、左上に位置するブロックと、左に位置するブロックの直流成分、交流成分の値を利用して予測を行う。
このような予測符号化を用いて符号化されたデータを復号する場合、例えば、図6の左側に示される上予測では、対象ブロックのDC(直流)係数601を算出する場合、対象ブロックの上に位置するブロックAのDC係数602を予測値として用い、予測値と差分値とを加算して、対象ブロックのDC係数601が算出される。AC(交流)係数に関しても同様である。したがって、対象ブロックのDC係数およびAC係数を算出する際には、対象ブロックの上に位置するブロックのDC係数およびAC係数を用いるため、対象ブロックの上に位置するブロックのDC係数およびAC係数をメモリに保存する必要がある。
図6の右側に示される左予測では、対象ブロックのDC係数603を算出する場合、対象ブロックの左に位置するブロックCのDC係数604を予測値として用い、予測値と差分値とを加算して、対象ブロックのDC係数が算出される。
上に位置するブロックの係数を用いるか、左に位置するブロックの係数を用いるかについては、左上のブロックBの係数に基づき判断される。
よって、上記直流成分、交流成分を用いてフレーム内符号化された圧縮データを復号化する際には、現在処理しているブロックの直流(DC)係数、交流(AC)係数を周辺に位置するブロックの予測に用いるためにメモリに保存しておく必要がある。
図7は、従来のメモリ領域のデータの格納例である。
従来、MB(マクロブロック)を横方向に敷き詰めた、1MBライン分のメモリ領域を用意し、メモリ領域に保存されたDC係数、AC係数を用いてフレーム内予測復号処理を行う。
例えば、メモリ領域のMB0には、MB0の輝度および色差のデータが格納される。
復号において、動き補償はマクロブロック単位で行われる。
マクロブロックの構成について説明すると、マクロブロックは、輝度Y、色差Cb、Crの3つの成分から構成される。
マクロブロックが16×16画素であり、DCTの処理単位が8×8画素であるとき、
輝度Yは、8×8画素の4つのブロックで構成される。また、色差Cb、Crは、輝度Yに対して水平、垂直にそれぞれ2:1にサブサンプリングされるため、それぞれ8×8の1ブロックで構成される。
したがって、16×16画素のデータは、上記の6つのブロックからなるマクロブロックから算出される。
図7に示されるように輝度ブロックは、4つのブロックY0、Y1、Y2、Y3で構成され、それぞれ左上、右上、左下、右下に位置する。
例えば、メモリ領域のMB0には、輝度ブロックY2およびY3の最上段の係数Y200〜Y207、Y300〜Y307と、色差ブロックCb、Crの最上段の係数Cb00〜Cb07、Cr00〜Cr07が格納される。
そして、メモリ領域のMB0に格納されたデータは、復号時にMB0の下に位置するマクロブロックであるMB0’のDCT係数を算出する際に予測値として用いられる。
図8は、本発明の実施の形態に係るAC/DC算出部およびVLC復号部の構成図である。
VLC復号部801は、文法解析部802および復号処理部803を備える
AC/DC算出部804は、処理部805およびRAMIF806を備える。
処理部805は、予測処理実行部807およびローカルバッファ808を備える。
入力されるデータ(ビットストリーム)は、離散コサイン変換(DCT : Discrete Cosine Transform)による直交変換、および隣接ブロックまたは隣接フレーム間の差分を用いた予測符号化を用いて符号化されたデータである。例えば、そのようなデータとしてMPEG−4やVC−1がある。
文法解析部802は、入力されたデータを解析し、復号処理部に出力する。
復号処理部803は、文法解析部802での解析結果に基づきデータを復号し、マクロブロック(MB)のパラメータやDCT係数をAC/DC算出部に出力する。VLC復号部801から出力されるDCT係数(予測処理前)は、本来のDCT係数の差分値である。
予測処理実行部807は、復号の際に用いる予測値を外部メモリからRAMIF806を介してローカルバッファ808に読み出す。そして、ローカルバッファ808から予測値を読み出し、差分値と加算してDCT係数を算出する。尚、DCT係数は、直流(DC)係数と交流(AC)係数からなる。
AC/DC算出部は、算出したDCT係数(予測処理後)を出力する。
図9は、従来の1MBのフレーム内予測処理のフローチャートである。
先ず、現在処理しているMBがイントラマクロブロックであるか判定する(ステップS901)。
そして、現在処理しているMBがイントラマクロブロックの場合は、現在処理しているMBの真上のMB(上隣接MB)の係数をメモリから読み出し(ステップS902)、該係数に基づき現在処理しているMBの全ブロックの係数の予測処理を実行する(ステップS903)。そして、予測処理により算出した現MBの係数をメモリの上隣接係数の領域に書き込む(ステップS904)。
現在処理しているMBがイントラマクロブロックでない場合は、上隣接MBの係数をメ
モリから読み出し(ステップS905)、現在処理しているMBの左上のMB(左上隣接MB)の係数を更新する(ステップS906)。そして、参照用の係数として、現MBの係数を初期値とし(ステップS907)、現MBの係数を上隣接係数の領域に書き込む(ステップS904)。
図10は、従来のDC/AC予測復号処理におけるメモリの概念図である。
あるMBラインの構成例を示しており、赤字のMB情報が記載されているMBを上隣接MBとして、2列目に位置するMBラインのAC/DC算出処理を行っている従来のメモリアクセスの図である。常に上隣接MBの係数の読み出しを行いながら、AC/DC算出処理を行う。MBが非イントラの場合は、特定の値(初期値)の書き込みを行う。ローカルバッファと外部メモリとの転送は1MB単位で行うことも数MBの係数をためこんで数MB単位で転送することも可能である。外部メモリには1MBライン分の全てのACおよびDC係数が上隣接係数として格納されている。
特許文献1には、用途に応じて好適な符号化効率と画質を維持しながら参照がそうメモリの要領を減らす符号化方法が記載されている。
特開2004−266731号公報
従来の復号装置においては、現在のMBの係数を下に隣接するMBの復号の際に使用しない場合でも、メモリに下に隣接するMBの復号の際に使用する予測値(初期値)を書き込んでいたために、バンド幅が足りなくなるという問題があった。
本発明の課題は、フレーム内予測の復号において、メモリへのアクセスを低減する装置を提供することである。
開示の復号装置は、1つの画面が複数の画素からなるマクロブロックに分割され、マクロブロック単位で復号処理が行われる復号装置において、第1マクロブロックにイントラブロックが含まれているか検出する検出手段と、前記イントラブロックが含まれていない場合、他のマクロブロックの復号の際に使われる予測値をメモリに書き込まない制御手段と、を要件とする。
開示の装置によれば、現在処理しているマクロブロックにイントラブロックが含まれていない場合、他のマクロブロックの復号の際に使われる予測値をメモリに書き込まないため、フレーム内予測の復号におけるメモリアクセスを低減することができ、また消費電力を削減することができる。
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る復号装置の構成図である。
復号装置101は、VLC復号部102、AC/DC算出部103、逆量子化部104、逆DCT部105、フィルタ処理部106、動き予測部107、動き補償部108、重み付き予測部109、フレームメモリ110、および加算部111を備える。
復号装置101は、MPEG−4,VC−1などの動画像データを復号するための装置である。復号装置101にデータが入力されると、VLC(可変長符号)復号部102は、可変長符号であるデータを復号し、AC/DC算出部103および動き予測部107に出力する。
入力されるデータ(ビットストリーム)は、離散コサイン変換(DCT)による直交変換、および隣接ブロックまたは隣接フレーム間の差分を用いた予測符号化を用いて符号化されたデータである。
AC/DC算出部103は、入力されたデータの直流(DC)係数およびAC(交流)係数を算出し、逆量子化部104に出力する。
逆量子化部104は、DC係数およびAC係数の逆量子化を行い、逆DCT部105に出力する。
逆DCT部105は、逆離散コサイン変換を行い、処理したブロックがイントラブロックの場合は、フィルタ処理部に出力し、インターブロックだった場合は、加算部111に出力する。
フィルタ処理部106は、例えばマクロブロックの境界に現れるノイズの除去などのフィルタ処理を行い、復号したフレームを外部およびフレームメモリに出力する。
動き予測部107は、動き予測を行い、その結果を動き補償部108に出力する。
動き補償部108は、動き予測部107の予測データおよび重み付き予測部109で算出された重みから、動き補償を行い加算部111に出力する。
フレームメモリ110は、復号したフレームを格納しておく記憶手段である。
加算部111は、逆DCT部105と動き補償部108の出力を加算して、フィルタ処理部106に出力する。
図2は、本発明の実施の形態に係るAC/DC算出部およびVLC復号部の構成図である。
VLC復号部102は、文法解析部201および復号処理部202を備える
AC/DC算出部103は、処理部203およびRAMIF204を備える。
処理部203は、予測処理実行部205、フラグ算出部206、およびローカルバッファ207を備える。
RAMIF204は、RAMIFを制御する制御部208を備える。
文法解析部201は、入力されたデータを解析し、復号処理部に出力する。
復号処理部202は、文法解析部201での解析結果に基づきデータを復号し、マクロブロック(MB)のパラメータ(MBパラメータ)やDCT係数をAC/DC算出部に出力する。VLC復号部102から出力されるDCT係数(予測処理前)は、本来のDCT係数の差分値である。
MBパラメータとしては、MBの画面内での位置を示すMBアドレス、MBがイントラブロックを含むかなどのMBタイプを示すMBタイプ、画面上でMBに隣接する他のMBがどの方向にあるかを示すMB Avail、MBのサイズを示すMBサイズ、MBの量子化の程度を示すMB Quantなどが含まれる。
予測処理実行部205は、復号の際に用いる予測値を外部メモリからRAMIF204を介してローカルバッファ207に読み出す。そして、ローカルバッファ207から予測値を読み出し、差分値と加算してDCT係数を算出する。予測値が外部メモリにない場合は、予測値を外部メモリに読み出しに行かずに、予測値をあらかじめ定められた初期値とする。尚、DCT係数は、直流(DC)係数と交流(AC)係数からなる。
フラグ算出部206は、VLC復号部102から出力されるMBパラメータに基づいて、現MBがイントラマクロブロックであるかインターマクロブロックであるか判定し、それに応じたフラグをローカルバッファに格納する。実施の形態においては、イントラマクロブロックのときフラグは1、インターマクロブロックのときフラグは0とする。
制御部208は、上に隣接するMBのフラグが0のときや現MBのフラグが0のときは、メモリにアクセスしないようにする。
AC/DC算出部は、算出したDCT係数(予測処理後)を出力する。
図3は、本発明の実施の形態に係る1MBに対するAC/DC算出部の処理のフローチャートである。
ステップS301において、現在処理しているマクロブロック(MB)の参照フラグを算出する。
ステップS321〜S324は、S301の参照フラグの算出の詳細な処理手順である。
ステップS321において、現在処理しているMB(現MB)がイントラマクロブロックであるか判定する。判定は、VLC復号部102から出力されるMBパラメータに基づいて判定する。イントラマクロブロックとは、マクロブロックを構成するブロックのうちひとつ以上イントラブロックがあるものをいう。これに対し、マクロブロックを構成するブロックにイントラブロックが含まれていないマクロブロックはインターマクロブロックまたは非イントラマクロブロックと呼ぶ。イントラブロックとは、フレーム内符号化により符号化されたブロックである。また、フレーム間符号化により符号化されたブロックをインターブロックと呼ぶ。
イントラマクロブロックの場合は、ステップS322に進み、そうでない場合はステップS324に進む。
ステップS322において、画面上において現MBの下に隣接するMBがあるかどうか判定する。MBがある場合はS323に進み、MBがない場合はステップS324に進む。隣接するMBがあるかどうかの判定は、VLC復号部102から出力されるMBパラメータに基づいて判定する。
ステップS323において、現MBの参照フラグを1とする。すなわち、現MBの係数が現MBの下に隣接するMBで使用されることを示す。
ステップS324において、現MBの参照フラグを0とする。すなわち、現MBの係数が現MBの下に隣接するMBで使用されないことを示す。
上記手順により、現MBの参照フラグが求まる。
ステップS302において、現MBがイントラマクロブロックであるか判定する。イントラマクロブロックの場合は、ステップS303に進み、そうでない場合はステップS310に進む。イントラMBがあるかどうかの判定は、VLC復号部102から出力されるMBパラメータに基づいて判定する。
ステップS303において、画面上において現MBの上に隣接するMBの参照フラグが1かどうか判定する。参照フラグが1の場合はステップS304に進み、1でない(すなわち0である)場合はステップS305に進む。上に隣接するMBの参照フラグが0であるいうことは、現MBの復号時に上に隣接するMBの係数は用いないことを示す。
ステップS304において、画面上において現MBの上に隣接するMBの係数を外部メ
モリから読み出し、該係数を予測値とする。
ステップS305において、あらかじめ定められた初期値を予測値とする。
ステップS306において、処理部203は予測値を用いて現MBを構成するブロックのDC係数およびAC係数を算出する。
ステップS307において、現MBの参照フラグが1かどうか判定する。参照フラグが1の場合はステップS308に進み、1でない場合はステップS309に進む。
ステップS308において、現MBの係数を外部メモリの上隣接係数を格納する領域に書き込む。現MBの係数は、具体的には、輝度を示す4つのブロックのうち下段のブロックY2、Y3の中で最上段の係数と、色差Cb、Crのブロックのそれぞれ最上段の係数である(図4参照)。
ステップS309において、現MBの参照フラグをローカルバッファに書き込む。
ステップS310において、画面上において現MBに上に隣接するMBの参照フラグが1かどうか判定する。参照フラグが1の場合はステップS311に進み、1でない場合はステップS312に進む。
ステップS311において、現MBの上に隣接するMBの係数をメモリから読み出す。
ステップS312において、現MBの左上に位置するMBの係数を更新する。
尚、上述の手順において、ステップS322は省略してもよい。その場合、現MBの下に隣接するMBがない場合もメモリにアクセスするが、フラグの算出処理が簡単になる。
上記のような方法で、AC/DC係数を算出するとMBがインターマクロブロックの場合は、メモリに係数を書き込まないので、図4に示すようにメモリに書き込まれるデータが少なくなる。例えば、MB0はイントラマクロブロックなので係数(具体的には、輝度を示す4つのブロックのうち下段のブロックY2、Y3の中で最上段の係数と、色差Cb、Crのブロックのそれぞれ最上段の係数)がメモリに書き込まれる。これに対し、MB2はインターマクロブロックなのでMB2の係数は、メモリに書き込まれない。
図5は、本発明の実施の形態に係るAC/DC算出時のメモリアクセスの概念図である。
ローカルバッファ207には、上隣接係数を格納するTOPBUF501、左隣接係数を格納するLEFTBUF502、左上隣接係数を格納するTOP_LEFT503、参照フラグを格納するFLAG504が存在する。
従来と比較すると、参照フラグを保持するバッファ領域であるFLAG504が新たに設けられ、参照フラグの“0”,“1”により、メモリアクセスを実行するかどうかが判別され、メモリへのライトもしくはメモリからのリードの制御が行われる。外部メモリには1MBラインすべての上隣接係数ではなく、参照フラグが“1”であるMBの係数のみが格納されている。
本発明の実施の形態によれば、現在処理しているマクロブロックの係数が他のマクロブロックの復号の際に使われない場合、他のマクロブロックの復号の際に使われる予測値をメモリに書き込まないため、フレーム内予測の復号におけるメモリアクセスを低減することができ、また消費電力を削減することができる。
また、現MBの復号の際に上に隣接するMBの係数を使用しないときは、メモリにアクセスしないため、メモリアクセスを低減することができる。
(付記1)
1つの画面が複数の画素からなるマクロブロックに分割され、マクロブロック単位で復号処理が行われる復号装置において、
第1マクロブロックにイントラブロックが含まれているか検出する検出手段と、
前記イントラブロックが含まれていない場合、他のマクロブロックの復号の際に使われる予測値をメモリに書き込まない制御手段と、
を備える復号装置。
(付記2)
前記制御手段は、前記画面上において前記第1マクロブロックの下にマクロブロックが存在しない場合に前記予測値をメモリに書き込まないことを特徴とする付記1記載の復号装置。
(付記3)
前記制御手段は、前記第1マクロブロックの復号時に、前記画面上において前記第1マクロブロックの上に隣接する第2マクロブロックの係数を使用するかを示すフラグを検出することを特徴とする付記1記載の復号装置。
(付記4)
前記第2マクロブロックの係数を使用しないことを示す前記フラグを検出した場合は、前記第2マクロブロックの係数を前記メモリから読み出さないことを特徴とする付記3記載の復号装置。
(付記5)
1つの画面が複数の画素からなるマクロブロックに分割され、マクロブロック単位で復号処理を行う復号方法において、
第1マクロブロックにイントラブロックが含まれているか検出するステップと、
前記イントラブロックが含まれている場合は、他のマクロブロックの復号の際に使われる予測値をメモリに書き込み、前記イントラブロックが含まれていない場合は、前記
予測値を前記メモリ書き込まないステップと、
を備える復号方法。
(付記6)
前記画面上において前記前記第1マクロブロックの下にマクロブロックが存在しない場合に前記予測値を前記メモリに書き込まないステップをさらに備える付記5記載の復号方法。
(付記7)
前記第1マクロブロックの復号時に、前記画面上において前記第1マクロブロックの上に隣接する第2マクロブロックの係数を使用するかを示すフラグを検出するステップをさらに備える付記1記載の復号方法。
(付記8)
前記第2マクロブロックの係数を使用しないことを示す前記フラグを検出した場合は、前記第2マクロブロックの係数を前記メモリから読み出さないステップをさらに備える付記7記載の復号方法。
本発明の実施の形態に係る復号装置の構成図である。 本発明の実施の形態に係るAC/DC算出部および可変長符号復号部の構成図である。 本発明の実施の形態に係る1MBに対するAC/DC算出部の処理のフローチャートである 本発明の実施の形態に係るメモリ領域のデータの格納例である。 本発明の実施の形態に係るAC/DC算出時のメモリアクセスの概念図である。 上予測/左予測の概念図である。 従来のメモリ領域のデータの格納例である。 従来のAC/DC算出部および可変長符号復号部の構成図である。 従来の1MBのフレーム内予測処理のフローチャートである。 従来のDC/AC予測復号処理におけるメモリの概念図である。
符号の説明
101 復号装置
102 VLC復号部
103 AC/DC算出部
104 逆量子化部
105 逆DCT部
106 フィルタ処理部
107 動き予測部
108 動き補償部
109 重み付き予測部
110 フレームメモリ
201 文法解析部
202 復号処理部
203 処理部
204 RAMIF
205 予測処理実行部
206 フラグ検出部
207 ローカルバッファ
208 制御部
801 可変長符号復号部
802 文法解析部
803 復号処理部
804 AC/DC算出部
805 処理部
806 RAMIF
807 予測処理実行部
808 ローカルバッファ
809 外部メモリ

Claims (5)

  1. 1つの画面が複数の画素からなるマクロブロックに分割され、マクロブロック単位で復号処理が行われる復号装置において、
    第1マクロブロックにイントラブロックが含まれているか検出する検出手段と、
    前記第1マクロブロックに前記イントラブロックが含まれていない場合、前記第1マクロブロック内にある係数から得られる前記第1マクロブロックの下に隣接する他のマクロブロックの係数の算出に用いられる予測値をメモリに書き込まない制御手段と、
    を備える復号装置。
  2. 前記制御手段は、前記画面上において前記第1マクロブロックの下にマクロブロックが存在しない場合に前記予測値をメモリに書き込まないことを特徴とする請求項1記載の復号装置。
  3. 前記制御手段は、前記第1マクロブロックの復号時に、前記画面上において前記第1マクロブロックの上に隣接する第2マクロブロックの係数を使用するかを示すフラグを検出することを特徴とする請求項1記載の復号装置。
  4. 前記第2マクロブロックの係数を使用しないことを示す前記フラグを検出した場合は、前記第2マクロブロックの係数を前記メモリから読み出さないことを特徴とする請求項3記載の復号装置。
  5. 1つの画面が複数の画素からなるマクロブロックに分割され、マクロブロック単位で復号処理を行う復号方法において、
    第1マクロブロックにイントラブロックが含まれているか検出するステップと、
    前記第1マクロブロックにイントラブロックが含まれている場合は、前記第1マクロブロック内にある係数から得られる前記第1マクロブロックの下に隣接する他のマクロブロックの係数の算出に用いられる予測値をメモリに書き込み、前記第1マクロブロックに前記イントラブロックが含まれていない場合は、前記予測値を前記メモリに書き込まないステップと、
    を備える復号方法。
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