JP5361998B2 - 画像符号化装置、画像復号装置、画像符号化方法、および画像復号方法 - Google Patents
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Description
一方、この方式では、DCT変換のブロックサイズが小さい場合、圧縮率が高くなると画面全体が過度に平滑化され、映像がぼやけてしまうという問題がある。この問題を解決するために、非特許文献2では、ループフィルタ1014にウィーナフィルタ(Wiener Filter)を適用して、原画像信号である入力映像信号1001とこれに対応する参照画像信号1015との二乗誤差ひずみを最小化するようにループフィルタ1014を構成する技術が提案されている。
非特許文献2では、複数種類のタップ数のフィルタ係数wを映像フレーム全体で求め、フィルタ係数wの符号量とフィルタ処理実施後の雑音(e’=sハット−s)がレートひずみ規範で最適となるタップ数のフィルタを特定した後、さらに信号s’を複数サイズのブロックに分割し、各ブロックごとに求めたウィーナフィルタを適用するか否かの選択を行って、フィルタON/OFFの情報をブロックごとに伝送する。これにより、ウィーナフィルタ処理に要する追加の符号量を抑制して予測画像品質を改善することができる。
実施の形態1.
本実施の形態では、4:4:4フォーマットで入力されるデジタル映像信号の圧縮伸張を行う画像符号化装置および画像復号装置につき、各色成分の信号の状態に適応して動き補償予測処理を行う画像符号化装置および画像復号装置について述べる。
図2は、実施の形態1に係る画像符号化装置の構成を示すブロック図である。図2に示す画像符号化装置は、4:4:4フォーマットの入力映像フレームを所定サイズのブロック、即ちMmax×Mmax画素ブロック(以下、「基準ブロック」と呼ぶ)に分割し、同基準ブロックの単位で動き予測を行い、予測誤差信号を圧縮符号化するように構成する。
(1)基準ブロック・動き予測単位ブロックのサイズと動き予測に用いる分割形状の連動適応化
(2)各色成分の性質に応じた動き予測モード、動きベクトルの決定
また、「S.Kondo and H.Sasai, "A Motion Compensation Technique using Sliced Blocks and its Application to Hybrid Video Coding", VCIP 2005, July 2005」では、従来のマクロブロックに対して動き予測適用領域の分割形状の多様化手法が開示されている。この文献では、分割形状を、マクロブロック分割を行う線分とそのブロック境界との交点位置によって表現する。しかしながら、この方法は画素数Mを固定したままで基準ブロック内の分割パターンを増加させる方法であり、以下の問題がある。
基準ブロックの分割パターンを記述するための符号量が増加する。Mmax mod mi=0なる任意のmiを許容することによって、基準ブロック内の分割パターンが増加し、そのパターンを指定するための情報をオーバヘッド情報として符号化する必要が生じる。分割パターンが増加するほど、ある特定の分割パターンの発生する確率が分散するため、分割パターンのエントロピー符号化が非効率となり、符号量としてのオーバヘッドとなって符号化トータルとしての性能に限界が生じる。
分割パターンが増加することによって、符号化時に最適な分割を選択するために必要な演算量が増大する。動き予測は符号化処理負荷の大半を占める高負荷処理であり、やみくもに分割パターンが増加するアルゴリズムでは、画像符号化装置はその中から特定の分割パターンのみを検証・利用するように設計せざるを得ない。したがって、画像符号化装置は、アルゴリズムがもつ本来の性能を最大限活かしきることができない場合がある。
(1) 符号化対象映像の解像度に基づいて決定する。同一Mmax値の場合、解像度が大きい場合は基準ブロック内の画像信号パターンがよりノイズ成分的な意味合いを持ち、動きベクトルが画像信号パターンを捉えにくくなる。そのような場合にMmax値を大きくして画像信号パターンを捕捉できるようにする。
(2) フレーム間の差分値の大小をアクティビティとみなしてアクティビティが大きい場合は小さいMmax値で、小さい場合は大きなMmax値で動き予測を行う。また、この際の大きさ制御を、符号化対象映像のフレームレートに基づいて決定する。フレームレートが高いほどフレーム間相関が大きく動きベクトル自体のダイナミックレンジが小さくなりその符号量が小さくなるので、多少アクティビティが小さくてもMmax値を大きすぎないように設定して細かい動きまで予測できるようにする、などの方法が考えられる。
(3) 1)と2)の方法を重み付けで組み合わせて判断する。
なお、図2では特に図示していないが、画像符号化装置は、Mmax,Li,Miの値を決定して各部へ通知するための基準ブロックサイズ決定部を備えて、基準ブロックサイズ情報18を決定する構成であってもよい。
J=D+λR (λ:定数) (2)
MVD(B0)=MVt-2(B0)−PMV(B0) (4)
MVD(B1)=MVt-1(B1)−PMV(B1)
なお、Li×Mi画素ブロックに対して、k=7即ちmc_mode7を選択した場合、さらにli×mi画素ブロックに対して、mc_mode0〜7のモードに相当する動き予測モードを選択するように構成する。このときのモードの名称は便宜上、sub_mc_mode0〜7とする。li×mi画素ブロックに対してsub_mc_modeを決定する処理は図5の処理フローに準ずるものとし、Li×Mi画素ブロック単位に対応するmc_mode7のコストJ7は、li×mi画素ブロックの単位で定まるsub_mc_modeを用いて得られる総コストとする。
入力映像信号1は、上記処理に基づいて図2の画像符号化装置で符号化され、複数の基準ブロックを束ねた単位(以下、スライスと呼ぶ)でビットストリーム9として画像符号化装置から出力される。
図10に、ビットストリーム9のデータ配列を示す。ビットストリーム9は、フレーム中に含まれる基準ブロック数分の符号化データが集められたものとして構成され、基準ブロックはスライス単位にユニット化される。同一フレームに属する基準ブロックが共通パラメータとして参照するピクチャレベルヘッダが用意され、このピクチャレベルヘッダには、基準ブロックサイズ情報18が格納される。基準ブロックサイズMmaxが、ピクチャレベルより上位のシーケンス単位で固定化されるのであれば、基準ブロックサイズ情報18をシーケンスレベルヘッダに多重するように構成してもよい。
また、シーケンス、ピクチャ、スライス等、基準ブロックより上位のレベルのヘッダ(図10ではピクチャレベルヘッダに多重する例を図示)に、ウィーナフィルタON/OFFフラグを多重しておいてもよい。同フラグが「基準ブロックヘッダ中にウィーナフィルタインデックス20を多重する」ことを示す場合は、上述のループフィルタ14の処理結果として復号信号13に施すウィーナフィルタ係数34を指定するために、ウィーナフィルタインデックス20を下位の基準ブロックヘッダに多重する。
図11は、本実施の形態1における画像復号装置の構成を示すブロック図である。可変長復号部100は、図10に示すビットストリーム9を入力とし、シーケンスレベルヘッダを復号した後、ピクチャレベルヘッダを復号して基準ブロックサイズの情報を復号する。これにより当該ピクチャで用いる基準ブロックのサイズMmaxと動き予測単位ブロックのサイズLi,Miを認識し、この基準ブロックサイズ情報18を予測誤差復号部101および予測部102へ通知する。なお、動き予測単位ブロックのサイズLi,Miを各基準ブロックヘッダ中に多重可能とするビットストリーム構成の場合には、可変長復号部100は、動き予測単位ブロックのサイズLi,Miが各基準ブロックヘッダ中に多重されているか否かを示す識別情報を復号し、同識別情報に基づいて、各基準ブロックヘッダを復号することによって動き予測単位ブロックのサイズLi,Miを認識するように構成する。
また、可変長復号部100は、シーケンス、ピクチャ、スライス等、上位レベルヘッダの復号に際して、ウィーナフィルタON/OFFフラグがあればそれも復号しておく。
予測部102は、可変長復号部100によって復号される予測信号生成用パラメータ17とメモリ103内の参照画像信号15とから予測信号(動き予測画像)12を生成する。なお、予測部102は画像符号化装置における予測部4と等価な処理を行うが、動きベクトル検出動作は含まない。動き予測モードは図4に示すmc_mode0〜7のいずれかであり、予測部102はその分割形状に基づいて各基本ブロックに割り当てられる動きベクトルを用いて予測信号12を生成する。
復号予測誤差信号11と予測信号12は加算部により加算され、復号信号(復号画像)13としてループフィルタ104へ入力される。この復号信号13は、ループフィルタ104においてウィーナフィルタによって符号化雑音を除去する処理が施された後、以降の予測信号12を生成するための参照画像信号15としてメモリ103に格納される。
次いで、ウィーナフィルタ処理部35は、ウィーナフィルタ係数34を用いてウィーナフィルタ処理を実行して、現基準ブロック位置に対応する参照画像信号15を出力する。この処理を1フレーム内のすべての基準ブロックごとに実施することにより、1フレーム分のループフィルタ処理が完了する。
予測誤差信号5および復号予測誤差信号11は、符号化信号3または復号信号13に比べて統計的な偏りが強い信号であるため、このように構成することにより、用意すべきウィーナフィルタセット32のバリエーションを少なくして、効率的なウィーナフィルタ処理を行うことができる。
なお、この構成にする場合、ループフィルタ14はブロックひずみを考慮しないウィーナフィルタセット32で実行し、これとは別に、復号信号13に対してH.264相当のブロックひずみ除去フィルタ処理を施すように構成してもよい。
Claims (4)
- 動画像信号の各フレームを所定サイズのブロック単位に分割して、当該ブロック単位で動き予測を行い予測符号化したビットストリームを生成する画像符号化装置であって、
前記ブロックにおいて動き予測単位ブロックのサイズを所定条件に応じて適応的に決定すると共に、当該動き予測単位ブロックを動きベクトル割り当て領域に分割して動きベクトルを探索し、当該動きベクトルによって生成される動き予測画像と、当該動き予測画像を動画像信号から差し引いた予測誤差信号とを生成する予測部と、
前記予測誤差信号を量子化パラメータを用いて量子化することによって圧縮符号化する圧縮部と、
前記圧縮部によって量子化された圧縮データと前記量子化パラメータとから局所復号を行って、前記予測誤差信号の復号値を生成する局所復号部と、
前記予測誤差信号の復号値と前記動き予測画像とを加算して局所復号画像を得る加算部と、
前記局所復号画像と前記量子化パラメータとに基づいて、予め保持している複数のウィーナフィルタセットからひとつのウィーナフィルタセットを選択して当該選択したウィーナフィルタセットのうちから最も符号化効率が高いフィルタ係数を選択して、前記局所復号画像にウィーナフィルタ処理を施すと共に、当該ウィーナフィルタ処理に用いた前記フィルタ係数の情報をウィーナフィルタインデックスとして出力するフィルタ部と、
前記ウィーナフィルタ処理の単位となるブロック毎に、前記動き予測画像の生成に用いるための動きベクトル割り当て領域の形状を特定する動き予測モードと、当該動きベクトル割り当て領域に対応する動きベクトルと、前記予測誤差信号の圧縮データと、前記ウィーナフィルタインデックスとを符号化する可変長符号化部とを備えることを特徴とする画像符号化装置。 - 動画像信号の各フレームを所定サイズのブロック単位に分割して、当該ブロック単位で動き予測を行い予測符号化したビットストリームを入力として、前記動画像信号を復号する画像復号装置であって、
前記ビットストリームから、前記ブロック内の動き予測単位ブロックのサイズと、前記動き予測単位ブロックを分割した動きベクトル割り当て領域の形状を特定する動き予測モードと、前記動きベクトル割り当て領域に対応する動きベクトルと、予測誤差信号の圧縮データと、当該予測誤差信号の逆量子化処理に用いる量子化パラメータと、ウィーナフィルタインデックスとを抽出する可変長復号部と、
前記ビットストリームから抽出された量子化パラメータに基づいて、前記ビットストリームから抽出された予測誤差信号の圧縮データを逆量子化して復号予測誤差信号を得る復号部と、
前記ビットストリームから抽出された動き予測モードとおよび動きベクトルに基づいて、動き予測画像を生成する予測部と、
前記復号予測誤差信号と前記動き予測画像を加算して復号画像を生成する加算部と、
前記復号画像と前記量子化パラメータとに基づいて、予め保持している複数のウィーナフィルタセットからひとつのウィーナフィルタセットを選択して、当該ウィーナフィルタセットの中の、前記ビットストリームから抽出されたウィーナフィルタインデックスに該当するフィルタ係数を特定して前記復号画像に対してウィーナフィルタ処理を施すフィルタ部とを備えることを特徴とする画像復号装置。 - 動画像信号の各フレームを所定サイズのブロック単位に分割して、当該ブロック単位で動き予測を行い予測符号化したビットストリームを生成する画像符号化方法であって、
前記ブロックにおいて動き予測単位ブロックのサイズを所定条件に応じて適応的に決定すると共に、当該動き予測単位ブロックを動きベクトル割り当て領域に分割して動きベクトルを探索し、当該動きベクトルによって生成される動き予測画像と、当該動き予測画像を動画像信号から差し引いた予測誤差信号とを生成する予測ステップと、
前記予測誤差信号を量子化パラメータを用いて量子化することによって圧縮符号化する圧縮ステップと、
前記圧縮ステップで量子化された圧縮データと前記量子化パラメータとから局所復号を行って、前記予測誤差信号の復号値を生成する局所復号ステップと、
前記予測誤差信号の復号値と前記動き予測画像とを加算して局所復号画像を得る加算ステップと、
前記局所復号画像と前記量子化パラメータとに基づいて、予め保持している複数のウィーナフィルタセットからひとつのウィーナフィルタセットを選択して、当該選択したウィーナフィルタセットのうちから最も符号化効率が高いフィルタ係数を選択して前記局所復号画像にウィーナフィルタ処理を施すと共に、当該ウィーナフィルタ処理に用いた前記フィルタ係数の情報をウィーナフィルタインデックスとして出力するフィルタ処理ステップと、
前記ウィーナフィルタ処理の単位となるブロック毎に、前記動き予測画像の生成に用いるための動きベクトル割り当て領域の形状を特定する動き予測モードと、当該動きベクトル割り当て領域に対応する動きベクトルと、前記予測誤差信号の圧縮データと、前記ウィーナフィルタインデックスとを符号化する可変長符号化ステップとを備えることを特徴とする画像符号化方法。 - 動画像信号の各フレームを所定サイズのブロック単位に分割して、当該ブロック単位で動き予測を行い予測符号化したビットストリームを入力として、前記動画像信号を復号する画像復号方法であって、
前記ビットストリームから、前記ブロック内の動き予測単位ブロックのサイズと、前記動き予測単位ブロックを分割した動きベクトル割り当て領域の形状を特定する動き予測モードと、前記動きベクトル割り当て領域に対応する動きベクトルと、予測誤差信号の圧縮データと、当該予測誤差信号の逆量子化処理に用いる量子化パラメータと、ウィーナフィルタインデックスとを抽出する可変長復号ステップと、
前記ビットストリームから抽出された量子化パラメータに基づいて、前記ビットストリームから抽出された予測誤差信号の圧縮データを逆量子化して復号予測誤差信号を得る復号ステップと、
前記ビットストリームから抽出された動き予測モードとおよび動きベクトルに基づいて、動き予測画像を生成する予測ステップと、
前記復号予測誤差信号と前記動き予測画像を加算して復号画像を生成する加算ステップと、
前記復号画像と前記量子化パラメータとに基づいて、予め保持している複数のウィーナフィルタセットからひとつのウィーナフィルタセットを選択して、当該ウィーナフィルタセットの中の、前記ビットストリームから抽出されたウィーナフィルタインデックスに該当するフィルタ係数を特定して前記復号画像に対してウィーナフィルタ処理を施すフィルタ処理ステップとを備えることを特徴とする画像復号方法。
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