JP5612177B2 - 動画像符号化方法、復号化方法、符号化装置および復号化装置 - Google Patents
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Description
本開示は、動画像符号化方法、復号化方法、符号化装置および復号化装置に関する。
小数画素精度の動き補償に用いる補間フィルタとして、動画像符号化の国際標準規格の一つであるH.264/MPEG−4AVC(以下、H.264という)で用いられる補間フィルタがある。H.264の補間フィルタは、はじめに2分の1画素の画素値を算出し、算出された2分の1画素の平均により4分の1画素の画素値を算出する。
また、別の補間フィルタとして、まず第1の方向にフィルタをかけて算出した値に丸め処理を適用して小数画素の基となる基値を算出し、算出した基値を用いて第1の方向とは異なる第2の方向にフィルタをかけ、さらに丸め処理を行うことによって小数画素を生成する補間フィルタがある(例えば、特許文献1参照)。
さらに、動き補償による予測効率を改善する別の手法としては、符号化側で設計したフィルタ係数を含むフィルタ情報を復号化側に送り、符号化および復号化側で共通のループフィルタを用いて画質を向上させるALF(Adaptive Loop Filter)がある(例えば、非特許文献1参照)。
また、別の補間フィルタとして、まず第1の方向にフィルタをかけて算出した値に丸め処理を適用して小数画素の基となる基値を算出し、算出した基値を用いて第1の方向とは異なる第2の方向にフィルタをかけ、さらに丸め処理を行うことによって小数画素を生成する補間フィルタがある(例えば、特許文献1参照)。
さらに、動き補償による予測効率を改善する別の手法としては、符号化側で設計したフィルタ係数を含むフィルタ情報を復号化側に送り、符号化および復号化側で共通のループフィルタを用いて画質を向上させるALF(Adaptive Loop Filter)がある(例えば、非特許文献1参照)。
T. Chujoh, N. Wada, G. Yasuda, "Quadtree-based Adaptive Loop Filter," ITU-T Q.6/SG16 Doc., C181, Geneva, January 2009.
H.264の補間フィルタとALFとを同時に用いた場合、生成された1/2画素を用いて平均値を算出するバイリニアフィルタが使用されることにより、補間された参照画像の高域成分が過度に落とされるため、予測効率が低下してしまう。
上記特許文献1に示す補間フィルタとALFとを同時に用いた場合、予測効率が向上する。その一方で、整数画素と水平方向および垂直方向に同列に存在しない小数画素を補間する場合においては、乗算の最大回数が大幅に増加する。それは、4分の1画素および4分の3画素の位置において、同一タップ長の対称フィルタよりも乗算回数の多い非対称フィルタを用いるためである。
上記特許文献1に示す補間フィルタとALFとを同時に用いた場合、予測効率が向上する。その一方で、整数画素と水平方向および垂直方向に同列に存在しない小数画素を補間する場合においては、乗算の最大回数が大幅に増加する。それは、4分の1画素および4分の3画素の位置において、同一タップ長の対称フィルタよりも乗算回数の多い非対称フィルタを用いるためである。
本開示は、予測効率を向上させながら演算量を削減することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明の一態様に係る動画像復号化方法は、符号化されたデータから、復号化対象画像のループフィルタ情報と、画素位置の変位を示すベクトルと、再生差分信号とを取得し、前記ループフィルタ情報に基づいて復号化画像信号に対してフィルタ処理を行い、整数画素の画素値を有する参照画像信号を生成し、前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には対称な第1フィルタによるフィルタ処理を行い前記補間画素の画素値を求め、また、前記補間画素が該第1小数画素以外の第2小数画素である場合には前記第1フィルタよりも水平方向または垂直方向のタップ長が短い非対称の第2フィルタによるフィルタ処理を行い前記補間画素の画素値を求め、前記整数画素及び前記補間画素の画素値を含む補間画像信号を生成し、前記補間画像に基づいて予測画像信号を生成し、前記予測画像信号と前記再生差分信号とから出力画像信号を求めることを具備することを特徴とする。
また、本発明の一態様に係る動画像符号化方法は、整数画素ごとに復号した画像信号を示す局所復号画像信号に、フィルタ処理を行う際の制御情報であるループフィルタ情報に基づいてフィルタ処理を行い整数画素の画素値を有する参照画像信号を生成し、外部からの入力画像データと前記参照画像信号とに基づいて、画素位置の変位を示すベクトルを生成し、前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には対称な第1フィルタによるフィルタ処理を行い前記補間画素の画素値を求め、また、前記補間画素が該第1小数画素以外の第2小数画素である場合には前記第1フィルタよりも水平方向または垂直方向のタップ長が短い非対称の第2フィルタによるフィルタ処理を行い前記補間画素の画素値を求め、前記整数画素及び前記補間画素の画素値を含む補間画像信号を生成し、前記補間画像に基づいて予測画像信号を生成し、入力された画像信号である入力画像信号と前記予測画像信号との差分を示す差分信号を変換して量子化し量子化変換係数情報を生成し、前記量子化変換係数情報、前記ループフィルタ情報および前記ベクトルを符号化して符号化データを生成することを具備することを特徴とする。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態に係る動画像符号化方法、復号化方法、符号化装置および復号化装置について詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、同一の番号を付した部分については同様の動作を行うものとして、重ねての説明を省略する。
(第1の実施形態)
本実施形態に係る動画像復号化装置100は、エントロピー復号化部101、逆量子化及び逆変換部102、加算部103、ループフィルタ処理部104、画像バッファ部105、補間フィルタ処理部106および予測信号生成部107を含む。
エントロピー復号化部101は、動画像符号化装置から送られた符号化データを復号化して量子化変換係数情報、ループフィルタ情報および変位量を得る。ループフィルタ情報は、フィルタ係数情報を含むフィルタ処理を制御するための情報であり、例えばスライス単位に生成される。フィルタ係数情報は、フィルタ処理において整数画素に用いるフィルタ係数を示す情報である。変位量(ベクトル量とも称す)は、画面間であれば動きベクトルを示し、同一画面内であれば対象画素またはブロックからの変位を示す。なお、以下では、変位量が動きベクトルである場合を例として説明する。
本実施形態に係る動画像復号化装置100は、エントロピー復号化部101、逆量子化及び逆変換部102、加算部103、ループフィルタ処理部104、画像バッファ部105、補間フィルタ処理部106および予測信号生成部107を含む。
エントロピー復号化部101は、動画像符号化装置から送られた符号化データを復号化して量子化変換係数情報、ループフィルタ情報および変位量を得る。ループフィルタ情報は、フィルタ係数情報を含むフィルタ処理を制御するための情報であり、例えばスライス単位に生成される。フィルタ係数情報は、フィルタ処理において整数画素に用いるフィルタ係数を示す情報である。変位量(ベクトル量とも称す)は、画面間であれば動きベクトルを示し、同一画面内であれば対象画素またはブロックからの変位を示す。なお、以下では、変位量が動きベクトルである場合を例として説明する。
逆量子化及び逆変換部102は、エントロピー復号化部101で復号化された量子化変換係数情報を逆量子化したのち逆直交変換し、再生差分信号を生成する。再生差分信号は、動画像符号化装置にて生成された、入力画像データ(信号)と予測画像信号との差分である差分信号を復号化側で再生した信号である。
加算部103は、逆量子化及び逆変換部102から再生差分信号を、後述する予測信号生成部107から予測画像信号をそれぞれ受け取って加算し、復号化画像信号を生成する。
ループフィルタ処理部104は、加算部103から復号化画像信号を、エントロピー復号化部101からフィルタ係数情報をそれぞれ受け取る。そしてループフィルタ処理部104は、復号化画像信号についてフィルタ係数情報に応じてフィルタ処理を行い、参照画像信号を生成する。また、ループフィルタ処理部104は、参照画像信号を出力画像信号として必要に応じて外部に出力する。
画像バッファ部105は、ループフィルタ処理部104で生成された参照画像信号を受け取り、蓄積する。
補間フィルタ処理部106は、エントロピー復号化部101から変位量を、画像バッファ部105から参照画像信号をそれぞれ受け取る。そして補間フィルタ処理部106は、変位量を参照して参照画像の整数画素を用いて小数画素精度の補間画素を算出し、補間画像信号を生成する。以下では、補間画素の生成は画素値の処理として説明するが、その画素値は輝度値または色差信号値でもよく、色空間によらず適用可能である。なお、同一画面内で補間フィルタ処理を行う場合は、画像バッファ部105からの参照画像信号は、同一画面内において既に復号化された画像信号である。
予測信号生成部107は、補間フィルタ処理部106から補間画像信号を受け取り、動きベクトルを用いた動き補償予測などの予測処理を行い、予測画像信号を生成する。
次に、補間フィルタ処理部106の動作を図2のフローチャートを用いて詳細に説明する。なお、ここでは小数画素は4分の1画素を例として説明するが、4分の1画素に限らず、例えば8分の1画素、16分の1画素などの小数画素に対しても同様に処理することができる。
ステップS201では、画像バッファ部105から参照画像信号を、エントロピー復号化部101から動きベクトルをそれぞれ受け取り、動きベクトルにより求める補間画素が整数画素かどうかを判定する。求める補間画素が整数画素である場合は、補間処理を行わずに参照画像をそのまま出力する。求める補間画素が整数画素でない、つまり小数画素である場合は、ステップS202に進む。
ステップS202では、補間画素が、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にあるかどうかを判定する。補間画素の位置が、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にある場合は、ステップS203に進む。補間画素の位置が、整数画素の水平方向または垂直方向の列上に存在しない場合は、ステップS205に進む。
ステップS203では、補間画素を算出するために、水平方向または垂直方向の小数画素の位置に応じた8タップのフィルタをかける。このとき使用する8タップのフィルタを式(1)から式(3)に示す。なお、式(1)は4分の1画素の位置、式(2)は2分の1画素の位置、式(3)は4分の3画素の位置を算出する場合に用いる。
各式中のX1からX8は整数画素の画素値を示し、「・」は乗算を示す。なお、式(1)および式(3)は、フィルタ係数に対称性がない非対称フィルタであり、式(2)はフィルタ係数に対称性がある対称フィルタである。
式(4)中で、fは丸め処理を施した値、faは式(1)から式(3)のいずれかを用いて算出した値、Xは入力画像の画素ビット長で表現できる最大値を示す。さらに、「>>8」は8ビットの右算術シフト演算すること、すなわち28で割り算し余りを切り捨てる場合に等しい。また、Clip(a,b,c)は、式(5)に示すように、cをa以上b以下の範囲に収めるクリッピング処理を示す。
ステップS205では、補間画素の水平方向の位置に応じて判定を行う。補間画素が整数画素の位置から水平方向に4分の1画素ずれた位置にある場合、ステップS206に進む。補間画素が整数画素から水平方向に2分の1画素ずれた位置にある場合、ステップS207に進む。補間画素が整数画素から水平方向に4分の3画素ずれた位置にある場合、ステップS208に進む。
なお、式(6)中のH1からH6は整数画素の画素値を示す。
ステップS207では、整数画素から2分の1画素ずれた位置にある補間画素について、水平方向に8タップの対称フィルタをかけてフィルタ処理を行う。ここでは、式(2)と同じ対称フィルタを用いればよい。
ステップS209では、補間画素の垂直方向の位置に応じて判定を行う。補間画素が整数画素から垂直方向に4分の1画素ずれた位置にある場合、ステップS210に進む。補間画素が整数画素から垂直方向に2分の1画素ずれた位置にある場合、ステップS210に進む。補間画素が整数画素から垂直方向に4分の3画素ずれた位置にある場合、ステップS212に進む。
ステップS210では、整数画素から垂直方向に4分の1画素ずれた位置にある補間画素について、ステップS206と同様に式(6)を用いて、垂直方向に6タップの非対称フィルタをかけてフィルタ処理を行う。なお、式(6)中の整数画素の代わりに、ステップS206〜S208のいずれかで算出した小数画素の画素値を用いる。
ステップS211では、整数画素から垂直方向に2分の1画素ずれた位置にある補間画素について、垂直方向に8タップの対称フィルタをかけてフィルタ処理を行う。ここでは、式(2)と同じ対称フィルタを用いればよい。なお、式(2)中の整数画素の代わりに、ステップS206〜S208のいずれかで算出した小数画素の画素値を用いる。
ステップS212では、整数画素から垂直方向に4分の3画素ずれた位置にある補間画素について、ステップS208と同様に式(7)を用いて、垂直方向に6タップの非対称フィルタをかけてフィルタ処理を行う。なお、式(7)中の整数画素の代わりに、ステップS206〜S208のいずれかで算出した小数画素の画素値を用いる。
式(8)中における、fbは水平方向および垂直方向に2段階でフィルタをかけた値を示す。以上で補間フィルタ処理部106の動作を終了する。この補間フィルタ処理を各小数画素に適応することにより、補間フィルタ処理対象となるブロック内の小数画素を算出した小数画素精度の補間画像信号を生成することができる。
このように、小数画素の位置に応じて非対称フィルタのタップ長を変化させ、予測画像を生成する際に影響が大きい整数画素の列以外で、比較的演算回数の多い小数画素にタップ長が短い非対称フィルタをかけることで、演算量を削減することができる。
このように、小数画素の位置に応じて非対称フィルタのタップ長を変化させ、予測画像を生成する際に影響が大きい整数画素の列以外で、比較的演算回数の多い小数画素にタップ長が短い非対称フィルタをかけることで、演算量を削減することができる。
ここで、補間フィルタ処理部106の動作の別例について図3のフローチャートを参照して説明する。
図3に示す動作はステップS301が追加された以外は図2の動作とほぼ同様であるので、ここでのその他のステップの説明は省略する。
ステップS301では、式(4)を用いて、ステップS206からステップS208のいずれかの処理を終えた後に、水平方向にフィルタをかけて算出した補間画素について丸め処理を行う。
図3に示す動作はステップS301が追加された以外は図2の動作とほぼ同様であるので、ここでのその他のステップの説明は省略する。
ステップS301では、式(4)を用いて、ステップS206からステップS208のいずれかの処理を終えた後に、水平方向にフィルタをかけて算出した補間画素について丸め処理を行う。
ステップS302では、ステップS301で丸め処理を行った値を入力値として、垂直方向にフィルタをかけて算出した補間画素について丸め処理を行う。
このように、一方向のフィルタ処理を終えるごとに丸め処理を行うことで、水平方向および垂直方向のフィルタ処理を終えてまとめて丸め処理を行うよりも無駄な処理量を仮定しなくて済むので、乗算器の回路規模を小さくすることができる。
なお、ここでは、整数画素の水平方向または垂直方向の列上でない補間画素の算出方法では、水平方向に補間フィルタ処理を行った後に垂直方向に補間フィルタ処理を行っているが、垂直方向に補間フィルタ処理を行った後に水平方向に補間フィルタ処理を行ってもよい。さらに、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にある補間画素を生成するときに使用する非対称フィルタのタップ長は、最悪の乗算回数に影響しないため対称フィルタのタップ長より短くしなくともよい。つまり、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にない補間画素を生成するときに使用する非対称フィルタのタップ長は、整数画素の水平方向または垂直方向の列上の補間画素を生成するときに使用する非対称フィルタのタップ長より短くする。
なお、ここでは、整数画素の水平方向または垂直方向の列上でない補間画素の算出方法では、水平方向に補間フィルタ処理を行った後に垂直方向に補間フィルタ処理を行っているが、垂直方向に補間フィルタ処理を行った後に水平方向に補間フィルタ処理を行ってもよい。さらに、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にある補間画素を生成するときに使用する非対称フィルタのタップ長は、最悪の乗算回数に影響しないため対称フィルタのタップ長より短くしなくともよい。つまり、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にない補間画素を生成するときに使用する非対称フィルタのタップ長は、整数画素の水平方向または垂直方向の列上の補間画素を生成するときに使用する非対称フィルタのタップ長より短くする。
さらに、整数画素の水平方向または垂直方向の列上に存在しない画素について、対称フィルタとして8タップのフィルタ、非対称フィルタとして6タップのフィルタを用いているが、対称フィルタのタップ長より非対称フィルタのタップ長が短ければよい。すなわち、対称フィルタとして12タップのフィルタ、非対称フィルタとして6タップのフィルタを用いるなど、対称フィルタのタップ長より非対称フィルタのタップ長が短い組み合わせであれば何でもよい。
また、本実施形態では、式(1)から式(3)に示す8タップのフィルタ係数、および、式(6)と式(7)とに示すタップのフィルタ係数を用いているが、フィルタ係数はこれに限らず、他の8タップおよび6タップのフィルタ係数を用いてもよい。
さらに、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にない補間画素の補間フィルタ処理において、水平方向のフィルタ処理と垂直方向のフィルタ処理との間に丸め処理を行う場合は、対称フィルタは係数をまとめて計算して乗算回数を少なくできるので、対称フィルタを用いた補間処理を非対称フィルタを用いた補間処理よりも先に行うことで全体の乗算回数を削減することができる。
また、本実施形態では、式(1)から式(3)に示す8タップのフィルタ係数、および、式(6)と式(7)とに示すタップのフィルタ係数を用いているが、フィルタ係数はこれに限らず、他の8タップおよび6タップのフィルタ係数を用いてもよい。
さらに、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にない補間画素の補間フィルタ処理において、水平方向のフィルタ処理と垂直方向のフィルタ処理との間に丸め処理を行う場合は、対称フィルタは係数をまとめて計算して乗算回数を少なくできるので、対称フィルタを用いた補間処理を非対称フィルタを用いた補間処理よりも先に行うことで全体の乗算回数を削減することができる。
ここで、補間フィルタ処理部106で算出される補間画素の一例について図4を参照して説明する。
図4では、4個の整数画素401と15個の小数画素402(aからoまで)とが示される。4個の整数画素401のうち、左上の整数画素401を基準(以下、基準整数画素という)として、小数画素402を算出する。
具体的には、小数画素a、b、cは基準整数画素401と水平方向に同列に並んでいるので、小数画素aは式(1)、小数画素bは式(2)、小数画素cは式(3)に示す8タップのフィルタ処理をそれぞれ行って小数画素の画素値を算出する。同様に、小数画素d、h、iは基準整数画素401と垂直方向に同列に並んでいるので、小数画素dは式(1)、小数画素hは式(2)、小数画素iは式(3)に示す8タップのフィルタ処理を行うことで小数画素の画素値を算出することができる。
残りの小数画素e、f、g、i、j、k、m、n、oについては、上述したように2段階のフィルタ処理を行って小数画素の画素値を算出する。例えば、小数画素eの画素値について算出する場合は、まず、基準整数画素401から水平方向に4分の1画素ずれているので、図2中のステップS206の処理を行い、式(6)に示す6タップの非対称フィルタ処理を行う。次に、基準整数画素401から垂直方向に4分の1画素ずれているので、水平方向のフィルタ処理で算出した値を入力として、ステップS210の式(6)に示す6タップの非対称フィルタ処理を行えばよい。同様に、小数画素nを算出する場合は、基準整数画素401から水平方向に2分の1画素ずれているので、ステップS207に示す8タップの対称フィルタ処理を行う。次に、基準整数画素401から垂直方向に4分の3画素ずれているので、水平方向のフィルタ処理で算出した値を入力としてステップS212の式(7)に示す6タップの非対称フィルタ処理を行えばよい。
図4では、4個の整数画素401と15個の小数画素402(aからoまで)とが示される。4個の整数画素401のうち、左上の整数画素401を基準(以下、基準整数画素という)として、小数画素402を算出する。
具体的には、小数画素a、b、cは基準整数画素401と水平方向に同列に並んでいるので、小数画素aは式(1)、小数画素bは式(2)、小数画素cは式(3)に示す8タップのフィルタ処理をそれぞれ行って小数画素の画素値を算出する。同様に、小数画素d、h、iは基準整数画素401と垂直方向に同列に並んでいるので、小数画素dは式(1)、小数画素hは式(2)、小数画素iは式(3)に示す8タップのフィルタ処理を行うことで小数画素の画素値を算出することができる。
残りの小数画素e、f、g、i、j、k、m、n、oについては、上述したように2段階のフィルタ処理を行って小数画素の画素値を算出する。例えば、小数画素eの画素値について算出する場合は、まず、基準整数画素401から水平方向に4分の1画素ずれているので、図2中のステップS206の処理を行い、式(6)に示す6タップの非対称フィルタ処理を行う。次に、基準整数画素401から垂直方向に4分の1画素ずれているので、水平方向のフィルタ処理で算出した値を入力として、ステップS210の式(6)に示す6タップの非対称フィルタ処理を行えばよい。同様に、小数画素nを算出する場合は、基準整数画素401から水平方向に2分の1画素ずれているので、ステップS207に示す8タップの対称フィルタ処理を行う。次に、基準整数画素401から垂直方向に4分の3画素ずれているので、水平方向のフィルタ処理で算出した値を入力としてステップS212の式(7)に示す6タップの非対称フィルタ処理を行えばよい。
次に、第1の実施形態に係わる補間フィルタ処理部106の補間フィルタ処理において、画面外の画素値が必要となる場合の処理方法について図5および図6を参照して詳細に説明する。
図5は、4画素×4画素ブロック内(破線で囲まれた処理対象領域501)の小数画素を算出するために必要な整数画素502および小数画素503を表しており、整数画素502をA0からA8、B0からB8、・・・、K0からK8で示し、小数画素503を「○」で示し、小数画素504を「×」で示す。なお、太線は画面境界505であり、小数画素504は図4における小数画素fの位置であると仮定する。
図5は、4画素×4画素ブロック内(破線で囲まれた処理対象領域501)の小数画素を算出するために必要な整数画素502および小数画素503を表しており、整数画素502をA0からA8、B0からB8、・・・、K0からK8で示し、小数画素503を「○」で示し、小数画素504を「×」で示す。なお、太線は画面境界505であり、小数画素504は図4における小数画素fの位置であると仮定する。
小数画素fは基準整数画素から水平方向に2分の1画素、垂直方向に4分の1画素ずれた位置にあるため、本実施形態では、水平方向に8タップの対称フィルタを用いて補間処理を行った後、垂直方向に6タップの非対称フィルタを用いて補間処理を行うことになる。
処理対象領域501内の小数画素を算出する場合に、例えば2段階目の垂直方向の補間フィルタ処理を行って最終的な小数画素504を得るには、図5に示すように36個の2分の1画素である小数画素503が必要となる。これらの小数画素503を生成するためには、1段階目の水平方向の補間フィルタ処理において、A0からK8までの99個の整数画素502を参照する必要がある。ここで、画面境界505の外側に位置する整数画素C2やD2などの整数画素502は、本来画素値が存在しない領域となっているため、画面境界505の内側の整数画素の画素値をコピーした後に補間フィルタ処理を行う。このように、動きベクトルが指し示す画素に応じて、画面内の画素値をコピーして画素値の存在しない部分を補間する。
処理対象領域501内の小数画素を算出する場合に、例えば2段階目の垂直方向の補間フィルタ処理を行って最終的な小数画素504を得るには、図5に示すように36個の2分の1画素である小数画素503が必要となる。これらの小数画素503を生成するためには、1段階目の水平方向の補間フィルタ処理において、A0からK8までの99個の整数画素502を参照する必要がある。ここで、画面境界505の外側に位置する整数画素C2やD2などの整数画素502は、本来画素値が存在しない領域となっているため、画面境界505の内側の整数画素の画素値をコピーした後に補間フィルタ処理を行う。このように、動きベクトルが指し示す画素に応じて、画面内の画素値をコピーして画素値の存在しない部分を補間する。
なお、画面外の画素値を算出する別の方法として、画面境界505の内側の領域に対してのみ補間フィルタ処理を行い、それ以外の領域には画面境界505の内側の領域で算出した補間画素をコピーする方法を用いてもよい。具体的には、処理対象領域501では、基準整数画素としてE3からE5、F3からF5、G3からG5までの9個を用いて算出される小数画素504のみ補間フィルタ処理を行い、画面境界505より外にある整数画素D2からD5、E2、F2、G2については補間フィルタ処理を行わずに、隣接する画面内の補間画素の画素値をコピーする。こうすることで、整数画素A0からA8、B0からK0をフィルタ処理に用いる必要がなく、演算量が削減できるとともにメモリ量も削減することができる。但し、上述した方式のように整数画素A0からK8までを用いて補間処理を行う場合とは画面境界505の外側の補間画素の画素値が一致しない結果となることに留意すべきである。
次に、画面外の領域に対するパディング処理の一例について図6を参照して詳細に説明する。
本実施形態におけるパディング処理とは、画面外の領域にある画素値として画面内の領域にある画素値をコピーすることである。図6では、高さV、幅Hの画面領域602を含む、充分に大きな領域601にパディング処理を行う。まず、画面右の領域603には、画面領域602内の右端にある画素の一列の画素値をコピーする。同様に、画面左の領域604には画面領域602内の左端にある画素の一列の画素値を、画面上の領域605には画面領域602内の上端にある画素の一列の画素値を、画面下の領域606には画面領域602内の下端にある画素の一列の画素値をコピーする。領域601の4隅にある領域607、608、609、610に関しては、それぞれ画面領域602内の四隅の画素値をコピーする。このようにパディング処理を行うことで、補間フィルタ処理部106は、画面外の画素が必要な場合でも適切に補間フィルタ処理を行うことができる。
なお、パディング処理の順序としては、補間フィルタ処理の後に、または処理の間に行ってもよい。また、パディング処理は1度とは限らず、例えば水平方向のフィルタ処理を行った後にパディング処理を行い、さらに垂直方向のフィルタ処理を行った後に再度パディング処理を行ってもよい。
本実施形態におけるパディング処理とは、画面外の領域にある画素値として画面内の領域にある画素値をコピーすることである。図6では、高さV、幅Hの画面領域602を含む、充分に大きな領域601にパディング処理を行う。まず、画面右の領域603には、画面領域602内の右端にある画素の一列の画素値をコピーする。同様に、画面左の領域604には画面領域602内の左端にある画素の一列の画素値を、画面上の領域605には画面領域602内の上端にある画素の一列の画素値を、画面下の領域606には画面領域602内の下端にある画素の一列の画素値をコピーする。領域601の4隅にある領域607、608、609、610に関しては、それぞれ画面領域602内の四隅の画素値をコピーする。このようにパディング処理を行うことで、補間フィルタ処理部106は、画面外の画素が必要な場合でも適切に補間フィルタ処理を行うことができる。
なお、パディング処理の順序としては、補間フィルタ処理の後に、または処理の間に行ってもよい。また、パディング処理は1度とは限らず、例えば水平方向のフィルタ処理を行った後にパディング処理を行い、さらに垂直方向のフィルタ処理を行った後に再度パディング処理を行ってもよい。
また、パディング処理で画素値をコピーする領域は、必ずしも図6に示したように画面領域602に隣接しているわけではなく、パディング処理を行う領域と画面領域との間に補間フィルタ処理によって生成された補間画素の画素値が格納されている領域が存在する場合もある。この場合は、整数画素と同様に、パディング処理を行う領域に補間画素の画素値をコピーすればよい。さらに、画素値をコピーせずに条件判定によって適切な位置の画素値を直接用いてもよい。こうすることで、画面外の画素を格納するメモリを用意する必要がなく、メモリを削減しながら画素値をコピーした場合と等価な処理を実現することができる。
さて、補間フィルタ処理部106で行う丸め処理については、式(4)および式(8)を用いるが、これに限らず、実施形式に応じた右算術シフト演算であればよい。一例として、式(9)のように丸め処理を表現したとする。
式(9)において、Xは補間フィルタ処理部106へ入力される画素のビット長で表現できる最大値、Vは丸め処理を行う値、Uは値の切り上げを行うために加算する値、Rは右算術シフト演算を行うビット数を示す。使用するフィルタのフィルタ係数の総和を2Nとすると、右算術シフト演算を行うビット数RはNとなり、値の切り上げを行うために加算する値Uは2N−1となる。ただし、水平方向および垂直方向に2段階でフィルタ処理を行う場合は、1段階目のフィルタ処理後の丸め処理において、RをNより小さい値NSにすることもできる。この場合、1段階目のフィルタ処理に使用するフィルタ係数の総和を2A、2段階目のフィルタ処理に使用するフィルタ係数の総和を2B、補間フィルタ処理部106へ入力される画素のビット長で表現できる最大値を2M−1とすると、Uは2Ns−1、Xは2M+(A−Ns)−1となる。それに応じて、2段階目のフィルタ処理後の丸め処理でも、Rは(A+B−NS)、Uは2(A+B)−Ns−1、Xは2M−1となる。RをNより小さくすることにより、フィルタ処理における演算精度を高めることができる。また、途中に丸め処理を挟まず、水平方向および垂直方向に2段階でフィルタ処理を行った場合の丸め処理では、Rは(A+B)、Uは2(A+B−1)となる。なお、これまでに説明した丸め処理は、値を2Rで割って小数点以下を四捨五入することと等価であるが、小数点以下を切り捨ててもよい。
以上に示した第1の実施形態によれば、整数画素の水平方向または垂直方向の列上にない補間画素を生成するときに、使用する非対称フィルタのタップ長を対称フィルタのタップ長より小さくすることで乗算回数を削減することができ、全体の演算量を削減した復号化処理を行うことができる。
(第2の実施形態)
第1の実施形態に係る動画像復号化装置に対応する動画像符号化装置について図7を参照して詳細に説明する。
第2の実施形態に係る動画像符号化装置700は、減算部701、変換及び量子化部702、逆量子化及び逆変換部703、加算部704、ループフィルタ処理部705、画像バッファ部706、変位量生成部707、補間フィルタ処理部708、予測信号生成部709およびエントロピー符号化部710を含む。
なお、逆量子化及び逆変換部703、画像バッファ部706、補間フィルタ処理部708および予測信号生成部709は、第1の実施形態に係る逆量子化及び逆変換部102、画像バッファ部105、補間フィルタ処理部106および予測信号生成部107とそれぞれ同様の動作を行うため、ここでの詳細な説明は省略する。
第1の実施形態に係る動画像復号化装置に対応する動画像符号化装置について図7を参照して詳細に説明する。
第2の実施形態に係る動画像符号化装置700は、減算部701、変換及び量子化部702、逆量子化及び逆変換部703、加算部704、ループフィルタ処理部705、画像バッファ部706、変位量生成部707、補間フィルタ処理部708、予測信号生成部709およびエントロピー符号化部710を含む。
なお、逆量子化及び逆変換部703、画像バッファ部706、補間フィルタ処理部708および予測信号生成部709は、第1の実施形態に係る逆量子化及び逆変換部102、画像バッファ部105、補間フィルタ処理部106および予測信号生成部107とそれぞれ同様の動作を行うため、ここでの詳細な説明は省略する。
減算部701は、外部から入力画像データ(信号)を、後述する予測信号生成部709から予測画像信号をそれぞれ受け取り、入力画像データと予測画像信号との差分を差分信号として出力する。
変換部及び量子化部702は、減算部701から差分信号を受け取り、差分信号を変換して量子化し、量子化変換係数情報を生成する。
加算部704は、第1の実施形態に係る加算部103と同様の動作をする。具体的には、逆量子化及び逆変換部703から再生差分信号を、後述する予測信号生成部709から予測画像信号をそれぞれ受け取る。そして加算部704は、再生差分信号と予測画像信号とを加算し、局所復号化画像信号を生成する。局所復号化画像信号は、処理ブロック単位内の画素の画素値を復号化した画像信号である。
ループフィルタ処理部705は、第1の実施形態に係るループフィルタ処理部104とほぼ同様の動作をする。具体的には加算部704から局所復号化画像信号を、外部からループフィルタ情報をそれぞれ受け取り、ループフィルタ情報に基づいて局所復号化画像信号にフィルタ処理を行い、参照画像信号を生成する。
変位量生成部707は、画像バッファ部105から参照画像信号を、外部から入力画像データを受け取り、変位量(ここでは、動きベクトル)を生成する。変位量の生成法は一般的な手法を用いるためここでの説明は省略する。
エントロピー符号化部710は、変換及び量子化部702から量子化変換係数情報を、ループフィルタ処理部705からループフィルタ情報を、変位量生成部707から変位量をそれぞれ受け取る。そしてエントロピー符号化部710は、量子化変換係数情報、ループフィルタ情報および変位量を符号化し、符号化データを生成する。
以上に示した第2の実施形態によれば、第1の実施形態に係る動画像復号化装置の補間フィルタ処理部と同様の処理を行うことで、フィルタ処理における乗算回数を削減することができ、全体の演算量を削減した符号化処理を行うことができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100・・・動画像符号化装置、101・・・エントロピー復号化部、102,703・・・逆量子化及び逆変換部、103,704・・・加算部、104,705・・・ループフィルタ処理部、105,706・・・画像バッファ部、106,708・・・補間フィルタ処理部、107,709・・・予測信号生成部、401,502・・・整数画素、402,503,504・・・小数画素、501・・・処理対象領域、505・・・画面境界、601,603,604,605,606,607・・・領域、602・・・画面領域、700・・・動画像符号化装置、701・・・減算部、702・・・変換及び量子化部、707・・・変位量生成部、710・・・エントロピー符号化部。
Claims (10)
- 画素位置の変位を示すベクトルと、整数画素の画素値を有する参照画像信号を取得する取得部と、
前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には、整数画素の画素値を有する参照画像信号に対して対称な第1フィルタを垂直方向及び水平方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が、前記整数画素から水平方向に4分の1画素ずれかつ垂直方向に4分の1画素ずれた第2画素である場合には、前記参照画像信号に対して前記第1フィルタよりもタップ長が短い非対称の第2フィルタを水平方向及び垂直方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が前記第1画素又は前記第2画素でない場合、前記補間画素の位置が前記整数画素から垂直方向又は水平方向のどちらか一方であって、4分の1画素ずれた方向である第1方向には前記第2フィルタをかけ、前記第1方向ではない垂直方向又は水平方向のどちらか一方の第2方向に、前記第1フィルタをかけることで、前記補間画素の画素値を求めるフィルタ処理部と、
前記補間画素の画素値に基づいて予測画像信号を生成する生成部と、を具備し、
前記フィルタ処理部は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける動画像復号化装置。 - 前記フィルタ処理部は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置と同じ行または列の前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける請求項1に記載の動画像復号化装置。
- 前記フィルタ処理部は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置と同じ行または列であって、かつ前記参照画像信号の領域の境界にある前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける請求項2に記載の動画像復号化装置。
- 整数画素の画素値を有する参照画像信号と、画素位置の変位を示すベクトルとを生成し、
前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には、整数画素の画素値を有する参照画像信号に対して対称な第1フィルタを垂直方向および水平方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が、前記整数画素から水平方向に4分の1画素ずれかつ垂直方向に4分の1画素ずれた第2画素である場合には、前記参照画像信号に対して前記第1フィルタよりもタップ長が短い非対称の第2フィルタを水平方向及び垂直方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が前記第1画素又は前記第2画素でない場合、前記補間画素の位置が前記整数画素から垂直方向又は水平方向のどちらか一方であって、4分の1画素ずれた方向である第1方向には第2フィルタをかけ、前記第1方向ではない垂直方向又は水平方向のどちらか一方の第2方向に、前記第1フィルタをかけることで、前記補間画素の画素値を求めるフィルタ処理部と、
前記補間画素の画素値に基づいて予測画像信号を生成する生成部と、を具備し、
前記フィルタ処理部は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける動画像符号化装置。 - 前記フィルタ処理部は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置と同じ行または列の前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける請求項4に記載の動画像符号化装置。
- 前記フィルタ処理部は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置と同じ行または列であって、かつ前記参照画像信号の領域の境界にある前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける請求項5に記載の動画像符号化装置。
- 画素位置の変位を示すベクトルと、整数画素の画素値を有する参照画像信号を取得し、
前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には、整数画素の画素値を有する参照画像信号に対して対称な第1フィルタを垂直方向及び水平方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が、前記整数画素から水平方向に4分の1画素ずれかつ垂直方向に4分の1画素ずれた第2画素である場合には、前記参照画像信号に対して前記第1フィルタよりもタップ長が短い非対称の第2フィルタを水平方向及び垂直方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が前記第1画素又は前記第2画素でない場合、前記補間画素の位置が前記整数画素から垂直方向又は水平方向のどちらか一方であって、4分の1画素ずれた方向である第1方向には前記第2フィルタをかけ、前記第1方向ではない垂直方向又は水平方向のどちらか一方の第2方向に、前記第1フィルタをかけることで、前記補間画素の画素値を求め、
前記補間画素の画素値に基づいて予測画像信号を生成し、
前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける動画像復号化方法。 - 整数画素の画素値を有する参照画像信号と、画素位置の変位を示すベクトルとを生成し、
前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には、整数画素の画素値を有する参照画像信号に対して対称な第1フィルタを垂直方向及び水平方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が、前記整数画素から水平方向に4分の1画素ずれかつ垂直方向に4分の1画素ずれた第2画素である場合には、前記参照画像信号に対して前記第1フィルタよりもタップ長が短い非対称の第2フィルタを水平方向及び垂直方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が前記第1画素又は前記第2画素でない場合、前記補間画素の位置が前記整数画素から垂直方向又は水平方向のどちらか一方であって、4分の1画素ずれた方向である第1方向には前記第2フィルタをかけ、前記第1方向ではない垂直方向又は水平方向のどちらか一方の第2方向に、前記第1フィルタをかけることで、前記補間画素の画素値を求め、
前記補間画素の画素値に基づいて予測画像信号を生成し、
前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける動画像符号化方法。 - コンピュータを、
画素位置の変位を示すベクトルと、整数画素の画素値を有する参照画像信号を取得する取得手段と、
前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には、整数画素の画素値を有する参照画像信号に対して対称な第1フィルタを垂直方向及び水平方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が、前記整数画素から水平方向に4分の1画素ずれかつ垂直方向に4分の1画素ずれた第2画素である場合には、前記参照画像信号に対して前記第1フィルタよりもタップ長が短い非対称の第2フィルタを水平方向及び垂直方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が前記第1画素又は前記第2画素でない場合、前記補間画素の位置が前記整数画素から垂直方向又は水平方向のどちらか一方であって、4分の1画素ずれた方向である第1方向には前記第2フィルタをかけ、前記第1方向ではない垂直方向又は水平方向のどちらか一方の第2方向に、前記第1フィルタをかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるフィルタ処理手段と、
前記補間画素の画素値に基づいて予測画像信号を生成する生成手段として機能させるための動画像復号化プログラムであって、
前記フィルタ処理手段は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける動画像復号化プログラム。 - コンピュータを、
整数画素の画素値を有する参照画像信号と、画素位置の変位を示すベクトルとを生成する第1生成手段と、
前記ベクトルにより求める補間画素が前記整数画素でなく、かつ前記補間画素が前記整数画素の水平方向又は垂直方向の列上に位置する画素ではない場合であって、前記補間画素が前記整数画素から水平方向に2分の1画素ずれかつ垂直方向に2分の1画素ずれた第1画素である場合には、整数画素の画素値を有する参照画像信号に対して対称な第1フィルタを垂直方向及び水平方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が、前記整数画素から水平方向に4分の1画素ずれかつ垂直方向に4分の1画素ずれた第2画素である場合には、前記参照画像信号に対して前記第1フィルタよりもタップ長が短い非対称の第2フィルタを水平方向及び垂直方向にかけることで、前記補間画素の画素値を求め、前記補間画素が前記第1画素又は前記第2画素でない場合、前記補間画素の位置が前記整数画素から垂直方向又は水平方向のどちらか一方であって、4分の1画素ずれた方向である第1方向には前記第2フィルタをかけ、前記第1方向ではない垂直方向又は水平方向のどちらか一方の第2方向に、前記第1フィルタをかけることで、前記補間画素の画素値を求めるフィルタ処理手段と、
前記補間画素の画素値に基づいて予測画像信号を生成する第2生成手段として機能させるための動画像符号化プログラムであって、
前記フィルタ処理手段は、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置が、前記参照画像信号の領域を超える場合、前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかけるべき画素位置に前記整数画素の画素値を与えて前記第1フィルタまたは前記第2フィルタをかける動画像符号化プログラム。
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