JP5685683B2 - バイトアラインメント装置及びバイトアラインメント方法 - Google Patents
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Description
ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームに対してバイトアラインメントを行うための装置であって、
基準係数列挿入部と、所望増加ビット量算出部と、調整係数列検索部と、調整係数列挿入部とを備えており、
前記基準係数列挿入部は、量子化されたブロック係数列のうちの高周波成分である調整係数列を、既定の基準係数列に置換する構成となっており、
前記所望増加ビット量算出部は、前記調整係数列が前記基準係数列に置換された前記ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームの符号量に基づいて、バイトアラインメントのために増加させるべきビット量を算出する構成となっており、
前記調整係数列検索部は、前記増加させるべきビット量に基づいて、前記基準係数列に置換されるべき適切な調整係数列を検索する構成となっており、
前記調整係数列挿入部は、検索された前記調整係数列を前記基準係数列に対応する高周波成分に挿入する構成となっている
バイトアラインメント装置。
さらにガード係数挿入部を備えており、
前記ガード係数挿入部は、前記ブロック係数列における前記高周波成分係数列よりも1次数だけ低周波側に位置する係数を、ガード係数に置換する構成となっており、
前記ガード係数は、前記ガード係数よりも低周波側の係数の値による、前記ビットストリームの符号量への影響を抑制するものである
項目1に記載のバイトアラインメント装置。
前記調整係数列検索部は、前記増加させるべきビット量に加えて、可変長符号化後のビットストリームの符号量に影響する要因に基づいて、前記適切な調整係数列を検索する構成となっている
項目1又は2に記載のバイトアラインメント装置。
さらに検索DBを備えており、
前記検索DBは、前記増加させるべきビット量、及び/又は、可変長符号化後のビットストリームの符号量に影響する要因に基づいて、前記適切な調整係数列を検索できる構成となっている
項目1〜3のいずれか1項に記載のバイトアラインメント装置。
項目1〜4のいずれか1項に記載のバイトアラインメント装置と、可変長符号化部とを備えており、
前記可変長符号化部は、前記バイトアラインメント装置によるバイトアラインメント処理の対象となる対象ブロックに隣接する隣接ブロックの係数列を可変長符号化する際には、
前記対象ブロックの符号化における予測モードの制限、及び/又は、符号化に用いる係数値の固定を行う構成となっている
ビットストリーム生成装置。
ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームに対してバイトアラインメントを行うために用いるビットストリーム生成方法であって、
量子化されたブロック係数列のうちの高周波成分である調整係数列を、既定の基準係数列に置換するステップと、
前記調整係数列が前記基準係数列に置換された前記ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームの符号量に基づいて、バイトアラインメントのために増加させるべきビット量を算出するステップと、
前記増加させるべきビット量に基づいて、前記基準係数列に置換されるべき適切な調整係数列を検索するステップと、
検索された前記調整係数列を前記基準係数列に対応する高周波成分に挿入するステップと
を備える、ビットストリーム生成方法。
項目6に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
ブロック係数列によって構成されるデータ構造であって、
前記ブロック係数列における高周波成分係数は、可変長符号化後のビットストリームにおけるバイトアラインメントを行うための調整係数列とされており、
前記調整係数列よりも1次数だけ低周波側の係数には、ガード係数が挿入されており、
前記ガード係数は、このガード係数よりも低周波側にある低周波成分係数の値による、可変長符号化条件への影響を抑制するものとなっている
データ構造。
まず、本実施形態の符号化システムが使用される符号化装置全体の概略的構成を、図1を参照しながら説明する。
整数精度変換部1は、ブロック係数列(フレーム内符号化の場合)またはブロック係数列の残差信号(フレーム間符号化の場合)が入力されるものである。なお、この明細書では、ブロック係数列とその残差信号との両者を含めてブロック係数列と総称する。整数精度変換部1は、実数精度の入力値を整数精度に変換するものであり、これは、従来のH.264での実装と同様に構成できるので、これについての詳しい説明は省略する。
量子化部2は、整数精度変換されたブロック係数列を量子化する機能要素である。この量子化部2も、従来のH.264での実装と同様に構成できるので、これについての詳しい説明は省略する。
バイトアラインメント処理部3は、本発明のバイトアラインメント装置の一実施形態に対応する機能要素である。
可変長符号化部4は、各ブロックの係数列に対して、可変長符号化を行う機能要素である。
以下、本実施形態におけるビットストリーム生成手順を、図4をさらに参照しながら説明する。なお、以下の例では、バイトアラインメントの対象となるMB群を、MBが一列に配置されて構成されたMBラインとする。また、本例において係数調整の対象とするブロックは、MBラインにおける最終MBの最終ブロックとする(図9(b)参照)。
まず、符号化前の映像信号の入力を受け付け、その係数列を整数精度に変換する。さらに、整数精度に変換された係数列を量子化する。ここまでの処理は通常のH.264と同様でよいので、詳しい説明は省略する。
ついで、本実施形態のバイトアラインメント処理部3を用いたバイトアラインメント処理の手順を、図5をさらに参照しながら説明する。
可変長符号化部4は、「係数列の調整を行うブロック(対象ブロック)を除く各ブロック」について、可変長符号化を行う。その結果得られるビットストリームの合計ビット数により、対象ブロックを除くMBラインのビットストリームのビット量を得ることができる。このビット量と、対象ブロック係数列の符号化によるビットストリームの符号量とを加算することにより、MBライン全体のビットストリームの符号量を取得することができる。この符号量が、バイトアラインメント処理の基準となる。
まず、バイトアラインメント処理部3は、量子化部2から、対象ブロックについての量子化処理が行われたブロック係数列を取得する。ここで、ブロック係数列の例を、図6を参照しながら補足して説明する。H.264では、1枚の画像を構成するフレーム100が、複数のMBライン101〜10nで構成されており、各MBラインは、複数のMBで構成されている(図6(a)参照)。そして、各MBは、複数のブロックにより構成されている(図6(b)参照)。H.264では、各ブロックは、4×4画素形成されている。図6では、各ブロックに1〜16のインデックスを付している。そして、量子化により、各インデックスに対応する量子化された係数値を特定することができる。このような各インデックスの係数値を、ジグザグスキャン(図6(c)参照)することによって、ブロックにおける係数列を生成することができる(図6(d)参照)。図6(d)に示す数字は、係数のインデックスを示しており、係数値を示すものではない。図6(d)において、11番の係数インデックスが、後述するガード係数となっており、それよりも高周波側(図6において右側)の係数列が、調整のために置換される係数列(以下TailCoeffということがある)であり、それよりも低周波側(図6において左側)の係数列が、信号の内容を示す係数列(以下LeftPartCoeffということがある)である。なお、本例において係数列を調整する対象となるブロックのインデックス番号は16である(図6(b)参照)。
ついで、基準係数列挿入部31は、前記したTailCoeffを、予め準備しておいた基準係数列(以下BaseCoeffということがある)に置換する。本実施形態では、基準係数列として、(0,0,0,0,0)という値が用いられている。これは、CAVLCにおいては、(0,0,0,0,0)という係数列を用いたときに、符号化後のビット量を最小とすることができるためである。
ついで、当該ブロック係数列の符号化が、初期のTailCoeffを置換した後の最初のものであるかどうかを確認する。すなわち、当該ブロック係数列の可変長符号化は、バイトアラインメントのために2度行われる。1度目は、TailCoeffを基準係数列で置き換えた係数列を可変長符号化し、2度目は、TailCoeffを調整係数列で置き換えた係数列を可変長符号化する。ここでの判定がYesであればステップSB−4に進む。
ついで、TailCoeffをBaseCoeffに置換し、置換後の係数列を用いて、可変長符号化部4により可変長符号化を行う。
つぎに、所望増加ビット量算出部32は、可変長符号化により得られた対象ブロックの符号量と、ステップSB−0で取得していた符号量とを合計して得られた符号量(つまりMBライン全体の符号量)をXとし、8を法とするXの剰余量、つまりX mod 8を計算する。そして、この剰余量と8との差を算出する。その結果が、ビットストリームのビット数についての所望増加量となる。
ついで、得られた所望増加量と、他の係数特性とを用いて、検索テーブル36から、TailCoeffに挿入されるべき調整係数列を検索して取得する。すなわち、検索テーブル36においては、増加ビット量に影響する各要因(本例では所望増加ビット量、LeftPartTotalCoeff、NeighborTotalCoeff)に基づいて、適切な調整係数列を検索できるようになっている。この検索についてはさらに後述する。
ついで、手順は再びステップSB−3に戻り、その後ステップSB−9に進む。さらに、調整係数列挿入部34は、検索テーブルから得られた調整係数列を、TailCoeffに挿入する。調整係数列が挿入されたブロック係数列に対して可変長符号化を行い、得られたビットストリームを出力する。このようにして得られたビットストリームを用いて、MBラインのビットストリームを構成することにより、バイトアラインメントを実行することができる。
ついで、バイトアラインメント処理が行われたブロック係数列の可変長符号化により生成されたビットストリームを出力する。これらの処理自体は従来と同様でよいので、詳しい説明は省略する。
次に、図8を参照して、調整係数列を検索するための検索テーブルの生成手順について説明する。なお、検索テーブルの生成は、前記した調整係数列の検索よりも前に行われる。
まず、前提として、GuardCoeffの値は2又は3に設定し、以下で使用する絶対値Aは3以下とする。また、ガード係数の位置(GuardIndex)は、この段階では任意の値であるが、この例では高周波側の値(本例では16)から順次検証していき、1〜7ビットのビット量増減値に対応できるGuardIndex(本実施形態では11)をみつける。以下、これらの理由を補足する。
(理由)TailCoeffの絶対値の大きさによって、LeftPartCoeffのLevelに使用される符号化テーブルが変化するため、本設定値によりこれを抑制する。Levelの符号化テーブルはレベル値の絶対値の大きさが0,3,6,12,24,48を閾値として変化するため、LeftPartCoeffのLevelに使用される符号化テーブルをTailCoeffの調整と無関係にするためには、TailCoeffの係数値の絶対値の大きさが全て、前記閾値のうち3以下である必要がある。
(理由)本設定により、TrailingOnes, TrailingOnesFlag, RunBeforeパラメータの符号量をLeftPartCoeffとTailCoeffで独立することが出来る。絶対値0および1の場合、TrailingOnes, TrailingOnesFlag, RunBeforeの判定の際に、LeftPartCoeffの係数も対象とする可能性がある。そこで、GuardCoeffに絶対値2以上の係数を置くことでこれを抑制することができる。
(理由)この設定値は、以下の説明する検索テーブルの生成に伴って得られるものである。詳しくは図8に示す通りであるが、以下において、概要を説明する。すなわち、上記二つの条件である、GuardCoeffが2、絶対値Aが3以下という設定の下、ブロック係数列末尾(つまり右端)の位置からGuardIndexの探索を始める。この場合、いかなる入力の組み合わせに対しても、1から7ビット全ての調整が可能なTailCoeffを生成できるGuardIndexが、GuardIndex=11のとき初めて見つかる。後述する処理負荷軽減および高速化を目的とした、事前生成によるTailCoeff検索テーブルの使用時においては、いかなる入力の組み合わせに対しても、1から7ビット全ての調整が可能なTailCoeffの生成が必要となるため、 GuardIndexの値として11は好ましいと言える。但し、例えばある入力係数列に対しては、GuardIndex が4のときに、1, 2, 5, 6ビットを調整することができ、GuardIndex が5のときに、2, 3, 5, 7ビットを調整することができるということも想定される。つまり、必要な調整ビット量に応じて、GuardIndexを切り替えて使用することも可能である。このため、GuardIndexの設定値としては、運用(実装)方法によって適切な値を設定することができる。
LeftPartTotalCoeffの値が「0からLeftPartTotalCoeff がとりうる最大値(GuardIndex位置に依存する)まで」の全てのケースにおいて、調整係数列の生成を行うため、LeftPartTotalCoeffがGuardIndexよりも小さい場合は、非ゼロ係数個数がLeftPartTotalCoeffとなるようなLeftPartCoeffを適宜に設定し、CAVLCの既定のテーブルインデックスを0とする。なお、このインデックスの最大値は、CAVLCにおいて3である。
CAVLCのテーブルインデックスが4より小さいときは、TailCoeffにBaseCoeffを設定して、可変長符号化を行う。そして、この符号化後のビット量をBaseCodeSizeとする。
ついで、絶対値Aとなる整数値をTailCoeffの各要素とした場合の、すべての組み合わせについて、ブロック係数列を可変長符号化する。つまり、(-3,-3,-3,-3,-3)から、(3,3,3,3,3)までの全ての組み合わせについて可変長符号化を行い、そのときの符号量をArrangeCodeSizeとする。そして、(ArrangeCodeSize - BaseCodeSize) mod 8の値を、IncreaseCodeSizeとする。
ついで、IncreaseCodeSizeとTailCoeffで構成される組を出力する。
TailTotalCoeffがFixedTailTotalCoeffと同じで且つ、IncreaseCodeSizeの1〜7ビット全てを満たすTailCoeffが存在するか判定する。判定がYesであればステップSC−9に進む。なお、本例では、FixedTailTotalCoeffの値は2に固定される。つまり、非ゼロ係数個数が2以外の調整係数列は破棄されることになる。ここで、TailTotalCoeffをFixedTailTotalCoeffに固定するのは、以下の理由による。すなわち、可変長符号化のためのテーブル(VLCテーブル)は、TailCoeffによって変わる(他の要因も存在する)。TotalCoeffは、LeftPartTotalCoeffとGuardTotalCoeffとTailTotalCoeffとの和であり、GuardTotalCoeffは本例では1になる。よって、TailTotalCoeffを固定することにより、TotalCoeffに関してはLeftPartTotalCoeffの影響だけを考慮すれば良い。LeftPartTotalCoeffは検索テーブルの索引となる。
ついで、IncreaseCodeSizeとTailCoeffで構成される組(調整係数列候補)が、IncreaseCodeSizeの1〜7ビット各々において、複数ある場合には、画質劣化への影響を考慮し以下の基準のもと、一つの調整係数列を選択する。これらの基準を採用したのは、視覚的な影響をなるべく低減させるためである。
・係数がより高周波成分である。
ついで、LeftPartTotalCoeff, VLCTableIndex, IncreaseCodeSize, TailCoeffからなる組を、検索テーブルに登録する。
ついで、VLCのTableIndexに1を加えて、ステップSC−4に戻る。
ステップSC−8での判断がNoであれば、いかなる入力の組み合わせに対しても、1から7ビット全ての調整が可能なTailCoeffの生成を必要とする条件を満たしていないため、検索テーブルを破棄し、GuardIndex及びFixedTailTotalCoeffのいずれかを再設定する。GuardIndexの再設定を行う場合は、本実施形態では、GuardIndexの値を一つ少なくする。この繰り返しにより、GuardIndexの適切な値を探索することができる。
ステップSC−4での判断がNoであれば、LeftPartTotalCoeffに1を加えて、ステップSC−2に戻る。これを繰り返すことにより、全てのLeftPartTotalCoeffについて、対応した検索テーブルを生成することができる。
次に、第2実施形態に係るバイトアラインメント手順を、図9をさらに参照して説明する。
2 量子化部
3 バイトアラインメント処理部
31 基準係数列挿入部
32 所望増加ビット量算出部
33 調整係数列検索部
34 調整係数列挿入部
35 ガード係数挿入部
36 検索テーブル(検索DB)
4 可変長符号化部
Claims (7)
- ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームに対してバイトアラインメントを行うための装置であって、
基準係数列挿入部と、所望増加ビット量算出部と、調整係数列検索部と、調整係数列挿入部とを備えており、
前記基準係数列挿入部は、量子化されたブロック係数列のうちの高周波成分である調整係数列を、既定の基準係数列に置換する構成となっており、
前記所望増加ビット量算出部は、前記調整係数列が前記基準係数列に置換された前記ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームの符号量に基づいて、バイトアラインメントのために増加させるべきビット量を算出する構成となっており、
前記調整係数列検索部は、前記増加させるべきビット量に基づいて、前記基準係数列に置換されるべき適切な調整係数列を検索する構成となっており、
前記調整係数列挿入部は、検索された前記調整係数列を前記基準係数列に対応する高周波成分に挿入する構成となっている
バイトアラインメント装置。 - さらにガード係数挿入部を備えており、
前記ガード係数挿入部は、前記ブロック係数列における前記高周波成分係数列よりも1次数だけ低周波側に位置する係数を、ガード係数に置換する構成となっており、
前記ガード係数は、前記ガード係数よりも低周波側の係数の値による、前記ビットストリームの符号量への影響を抑制するものである
請求項1に記載のバイトアラインメント装置。 - 前記調整係数列検索部は、前記増加させるべきビット量に加えて、可変長符号化後のビットストリームの符号量に影響する要因に基づいて、前記適切な調整係数列を検索する構成となっている
請求項1又は2に記載のバイトアラインメント装置。 - さらに検索DBを備えており、
前記検索DBは、前記増加させるべきビット量、及び/又は、可変長符号化後のビットストリームの符号量に影響する要因に基づいて、前記適切な調整係数列を検索できる構成となっている
請求項1〜3のいずれか1項に記載のバイトアラインメント装置。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のバイトアラインメント装置と、可変長符号化部とを備えており、
前記可変長符号化部は、前記バイトアラインメント装置によるバイトアラインメント処理の対象となる対象ブロックに隣接する隣接ブロックの係数列を可変長符号化する際には、
前記対象ブロックの符号化における予測モードの制限、及び/又は、符号化に用いる係数値の固定を行う構成となっている
ビットストリーム生成装置。 - ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームに対してバイトアラインメントを行うために用いるビットストリーム生成方法であって、
量子化されたブロック係数列のうちの高周波成分である調整係数列を、既定の基準係数列に置換するステップと、
前記調整係数列が前記基準係数列に置換された前記ブロック係数列を可変長符号化して得られるビットストリームの符号量に基づいて、バイトアラインメントのために増加させるべきビット量を算出するステップと、
前記増加させるべきビット量に基づいて、前記基準係数列に置換されるべき適切な調整係数列を検索するステップと、
検索された前記調整係数列を前記基準係数列に対応する高周波成分に挿入するステップと
を備える、ビットストリーム生成方法。 - 請求項6に記載の方法をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
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