JP5751616B2 - 立体映像符号化装置およびその方法、ならびに、立体映像復号化装置およびその方法 - Google Patents
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Description
立体映像符号化装置100は、2つの視点位置で撮影された左眼映像と右眼映像とを入力する。そして、立体映像符号化装置100は、奥行推定部101によって、左眼映像と右眼映像との間で画素マッチングを行い、左眼映像の画素ごとに、対応する右眼映像の画素位置のずれ量を奥行値と推定する。
そして、立体映像符号化装置100は、符号化部103によって、入力された左眼映像と、奥行情報圧縮部102で圧縮された奥行値とを符号化する。
このように、立体映像符号化装置100は、立体映像を伝送する際に、左眼映像または右眼映像の一方の映像と、圧縮された奥行値とにより、伝送量を抑えることができる。
しかし、従来の手法のように、奥行値を符号化して伝送しようとすると、その奥行値の取り得る範囲は、伝送に使用する奥行値の語長(ビット数)で制限されてしまう。すなわち、従来の手法では、奥行値が制限されてしまうことで、広い奥行範囲を持つ立体映像を伝送することができないという問題があった。
請求項1〜6に記載の発明によれば、ある視点の映像と当該映像に対する奥行値とを符号化伝送する際に、奥行値を、限られた語長の範囲の制限付き奥行値に変換して符号化することができる。これによって、立体映像を符号化伝送する場合に、奥行精度を損なうことなく、広い奥行範囲を持つ立体映像を符号化することができる。
[立体映像伝送システムの構成:第1実施形態]
まず、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係る立体映像符号化装置および立体映像復号化装置を含んだ立体映像伝送システムの構成について説明する。
図1に示すように、立体映像符号化装置1は、ある視点のカメラCで撮影された被写体の映像と、カメラCから被写体までの距離に対応した奥行値とを符号化するものである。本実施形態において、立体映像符号化装置1は、外部に接続した左眼用の映像を撮影するカメラCLと右眼用の映像を撮影するカメラCRとから、それぞれ左視点映像MLと右視点映像MRとを入力し、符号化することで伝送用のビットストリームを生成する。
ここでは、立体映像符号化装置1は、奥行推定手段10と、奥行変換手段11と、符号化手段12と、を備えている。
この奥行推定手段10は、多視点の映像間で、対応する画素を探索し、画素位置のずれを、視差すなわち奥行きと推定する。この対応する画素の探索は、一般的な画素マッチングを用いることができる。例えば、ある画素を含んだ予め定めた領域(ブロック)の画像特徴量を、他の映像内の近接領域で画像特徴量が近似する領域を探索するブロックマッチングにより、対応する画素を検索することができる。
このように推定された基準映像の画素ごとの奥行値は、奥行変換手段11に出力される。
この奥行変換手段11で変換された非線形奥行値は、符号化手段12に出力される。
なお、この奥行変換手段11において行う変換、すなわち、予め定めた非線形変換式による奥行値の変換については、後で詳細に説明を行う。
このように符号化されたビットストリームは、外部に出力される。例えば、外部に接続した記録媒体に記録されたり、通信回線を介して伝送路上に出力されたりする。
次に、奥行変換手段11において行う非線形変換による奥行値の変換について詳細に説明する。
図1に示すように、カメラC(CL,CR)のレンズ間隔である基線長をBとし、基線(レンズの主点同士を結んだ直線)から被写体Oまでの距離(被写体距離)をカメラCから被写体Oまでの距離Dと定め、カメラCのレンズの焦点距離をf、カメラCのイメージセンサの画素サイズをpとすると、これらには、以下の(1)式に示す関係がある。
そこで、奥行変換手段11は、奥行値を非線形な値(非線形奥行値)に変換することとする。
前記(2)式の曲線L2では、非線形奥行値X=0からX=255の奥行値の多くが、被写体距離Dが1mより近い被写体の奥行値に使用されている。
一方、(3)式の曲線L3では、(2)式の曲線L2よりも、被写体距離Dが1mより近い被写体の奥行値に使用される奥行値が少ないため、一般的な撮影で重要となる距離1m以上の被写体の奥行きに多くの奥行値を割り当て、奥行きの精度を高めることができる。
なお、(3)式は、以下の(4)式に変形することができる。
そこで、図1に示す立体映像符号化装置1の奥行変換手段11は、奥行推定手段10で推定された奥行値xを、(5)式を非線形奥行値Xで解いた以下の(6)式に示す非線形変換式により計算することで、非線形奥行値Xを求める。
以上説明したように、立体映像符号化装置1は、至近距離から遠方までの奥行値を、語数が制限された奥行値(非線形奥行値)で精度よく表すことができ、少ないビットストリームで立体映像を伝送することが可能になる。
次に、図1を参照して、立体映像復号化装置の構成について説明する。
図1に示すように、立体映像復号化装置2は、ある視点のカメラCで撮影された被写体の映像と、カメラCから被写体Oまでの距離に対応した奥行値が予め定めた語長に変換された制限付き奥行値(非線形奥行値)とが符号化されたビットストリームを復号化するものである。本実施形態において、立体映像復号化装置2は、立体映像符号化装置1で符号化されたビットストリームを復号化する。
ここでは、立体映像復号化装置2は、復号化手段20と、奥行逆変換手段21と、多視点映像生成手段22と、を備えている。
この復号化手段20は、立体映像符号化装置1の符号化手段12と同一の符号化方式を用いて、ビットストリームから、カメラCで撮影された基準となる映像(ここでは、左視点映像ML)と、非線形奥行値Xとを復号化する。例えば、符号化手段12でMPEG−2の符号化方式を用いるのであれば、復号化手段20においてもMPEG−2を用いてビットストリームを復号化し、符号化手段12でH.264の符号化方式を用いるのであれば、復号化手段20においてもH.264を用いてビットストリームを復号化する。なお、このとき、復号化手段20は、映像データとして符号化された非線形奥行値を復号化する。
このように復号化された非線形奥行値Xは、奥行逆変換手段21に出力され、基準となる映像(ここでは、左視点映像ML)は、多視点映像生成手段22に出力される。
この奥行逆変換手段21は、立体映像符号化装置1の奥行変換手段11で使用された非線形変換式の逆変換式によって、非線形奥行値Xを元の奥行値xに逆変換する。
すなわち、奥行逆変換手段21は、非線形変換式である前記(6)式の逆変換式である前記(5)式によって、非線形奥行値Xを元の奥行値xに逆変換する。
このように求められた元の奥行値xは、多視点映像生成手段22に出力される。
この多視点映像生成手段22は、図3(a)に示すように、基準となる映像(ここでは、左視点映像ML)の各画素位置を、奥行値xの値だけ、左にシフトして合成することで、元の右視点映像を多視点映像MNとして生成する。
なお、このように、右視点映像を復元することができるのは、奥行値xが、左右視点映像間の対応画素位置のずれ量を表しているからである。
例えば、ここでは、立体映像符号化装置1の奥行変換手段11が非線形変換式((6)式参照)を用いて非線形奥行値を算出し、立体映像復号化装置2の奥行逆変換手段21が、逆変換式((5)式参照)を用いて非線形奥行値から元の奥行値を算出することとした。しかし、奥行変換手段11や奥行逆変換手段21は、演算を行わずに、非線形奥行値と元の奥行値とを予め対応付けた対応表を参照して、変換、逆変換を行うこととしてもよい。
ここで、図10に示すように、立体映像符号化装置1Bは、図1で示した立体映像符号化装置1に対して、奥行対応表記憶手段13Bが構成として付加され、奥行変換手段11を、機能を変えた奥行変換手段11Bに置き換えている点が異なっている。他の構成については、立体映像符号化装置1と同じである。
この奥行対応表記憶手段13Bには、非線形奥行値Xごとに、前記(5)式に示した関数で予め計算した奥行値xの値を、それぞれ対応付けた対応表を記憶しておく。
そして、奥行変換手段11Bは、奥行推定手段10で推定された奥行値xに対応する非線形奥行値Xを、奥行対応表記憶手段13Bに記憶されている対応表において検索し、対応する非線形奥行値Xを、符号化手段12に出力する。
この奥行対応表記憶手段23Bには、非線形奥行値Xごとに、前記(5)式に示した関数で予め計算した奥行値xの値を、それぞれ対応付けた対応表を記憶しておく。
これによって、立体映像符号化装置1Bおよび立体映像復号化装置2Bは、奥行値を変換あるいは逆変換する演算処理を行うことなく、高速に、立体映像の符号化、復号化を行うことができる。
次に、本発明の第1実施形態に係る立体映像符号化装置および立体映復号化装置の動作について説明する。
最初に、図8を参照(構成については適宜図1,図10参照)して、立体映像符号化装置1(1B)の動作について説明する。なお、ここでは、基本的に立体映像符号化装置1の動作について説明し、立体映像符号化装置1Bの動作については、立体映像符号化装置1と異なる動作についてのみ説明することとする。
そして、立体映像符号化装置1は、奥行推定手段10によって、基準となる映像(左視点映像ML)のある画素が、他方の映像(右視点映像MR)との間で、何画素ずれているかを探索し、そのずれ量を当該画素における奥行値xと推定する(ステップS2)。
そして、立体映像符号化装置1は、奥行変換手段11によって、ステップS2で推定された奥行値xを、前記した(6)式によって演算することで、非線形奥行値Xに変換する(ステップS3)。
これによって、奥行値xは、語長が制限された奥行値に変換されることになる。
次に、図9を参照(構成については適宜図1,図10参照)して、立体映像復号化装置2(2B)の動作について説明する。なお、ここでは、基本的に立体映像復号化装置2の動作について説明し、立体映像復号化装置2Bの動作については、立体映像復号化装置2と異なる動作についてのみ説明することとする。
そして、立体映像復号化装置2は、復号化手段20によって、ビットストリームから、カメラCで撮影された基準となる映像(左視点映像ML)と、非線形奥行値Xとを復号化する(ステップS12)。
これによって、語長が制限された奥行値(非線形奥行値X)は、元の奥行値に逆変換されることになる。
次に、図1を参照して、本発明の第2実施形態に係る立体映像符号化装置および立体映像復号化装置を含んだ立体映像伝送システムの構成について説明する。
立体映像伝送システムSCは、カメラCで撮影された映像を奥行値とともに符号化して伝送し、伝送先において多視点映像を生成するものであって、基本的に第1実施形態で説明した立体映像伝送システムSと同じである。
この奥行変換手段11Cで変換された非線形奥行値は、符号化手段12に出力される。
なお、この奥行変換手段11Cにおいて行う変換、すなわち、予め定めた非線形変換式による奥行値の変換については、後で詳細に説明を行う。
この奥行逆変換手段21Cは、奥行変換手段11Cが用いた非線形変換式の逆変換式(後紀する(14)式)によって、非線形奥行値Xを元の奥行値xに逆変換する。
このように求められた元の奥行値xは、多視点映像生成手段22に出力される。
次に、奥行変換手段11Cにおいて行う非線形変換式による奥行値の変換、ならびに、奥行逆変換手段21Cにおいて行う奥行値の逆変換について詳細に説明する。
ここで、図1に示すようにカメラC(CL,CR)のレンズ間隔である基線長をBとし、基線(レンズの主点同士を結んだ直線)から被写体Oまでの距離(被写体距離)をカメラCから被写体Oまでの距離Dと定め、カメラCのレンズの焦点距離をf、カメラCのイメージセンサの画素サイズをpとしたとき、前記したとおり、(1)式の関係式が成り立つ。
そこで、奥行値xが取り得る範囲である最小奥行値をxmin、最大奥行値をxmaxとすると、以下の(7)式および(8)式の関係式が成り立つ。
このとき、非線形奥行値Xの最大値Xmaxで、最小被写体距離Dminを表すには、前記(1)式を以下の(9)式に変形すればよい。
この図6の曲線L2によれば、有限の非線形奥行値X(0〜Xmax=255)で、被写体距離Dの最小被写体距離Dminから、無限遠の被写体の奥行きを表すことができる。
そこで、非線形奥行値Xに、最大被写体距離Dmaxに対応する非線形奥行値の最小値Xmin(≒xmin)をオフセットとして加え、図6の曲線L2を左にXmin(≒xmin)だけシフトすれば、非線形奥行値Xは、“0”から有効に使用されることになる(グラフとして図示せず)。
そこでさらに、前記(9)式を、非線形奥行値Xに、最大被写体距離Dmaxに対応する非線形奥行値の最小値Xmin(≒xmin)をオフセットとして加えるとともに、前記(9)式の第2項に非線形奥行値Xの重み(X/Xmax)を掛けることで、以下の(10)式に変形する。
この(12)式の曲線L3では、最大被写体距離Dmaxに対応する奥行値は、非線形奥行値の最小値Xmin=0で表され、最小被写体距離Dminに対応する奥行値は、非線形奥行値の最大値Xmax=255で表される。
この(12)式は、以下の(13)式に変形することができる。
そこで、図1に示す立体映像符号化装置1Cの奥行変換手段11Cは、奥行推定手段10で推定された奥行値xを、(14)式を非線形奥行値Xで解いた以下の(15)式により計算することで、非線形奥行値Xを求める。
また、図1に示す立体映像復号化装置2Cの奥行逆変換手段21Cは、前記(15)式の逆変換式である前記(14)式によって、非線形奥行値Xを元の奥行値xに逆変換する。
例えば、ここでは、立体映像符号化装置1Cの奥行変換手段11Cが非線形変換式((15)式参照)を用いて非線形奥行値を算出し、立体映像復号化装置2Cの奥行逆変換手段21Cが、逆変換式((14)式参照)を用いて非線形奥行値から元の奥行値を算出することとした。しかし、奥行変換手段11Cや奥行逆変換手段21Cは、演算を行わずに、非線形奥行値と元の奥行値とを予め対応付けた対応表を参照して、変換、逆変換を行うこととしてもよい。
ここで、図10に示すように、立体映像符号化装置1Dは、第1実施形態の変形例の立体映像符号化装置1Bに対して、奥行対応表記憶手段13Bを奥行対応表記憶手段13Dに置き換えて構成している。他の構成については、立体映像符号化装置1Bと同じである。
この奥行対応表記憶手段13Dには、被写体距離を制限した奥行値xごとに、前記(15)式に示した関数で予め計算した非線形奥行値Xの値を、それぞれ対応付けた対応表を記憶しておく。
この奥行対応表記憶手段23Dには、被写体距離を制限した非線形奥行値Xごとに、前記(14)式に示した関数で予め計算した奥行値xの値を、それぞれ対応付けた対応表を記憶しておく。
これによって、立体映像符号化装置1Dおよび立体映像復号化装置2Dは、奥行値を変換あるいは逆変換する演算処理を行うことなく、高速に、立体映像の符号化、復号化を行うことができる。
以上、本発明の実施形態に係る立体映像符号化装置1,1B,1C,1Dおよび立体映像復号化装置2,2B,2C,2Dについて説明したが、本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
1 立体映像符号化装置
10 奥行推定手段
11 奥行変換手段
12 符号化手段
13B 奥行対応表記憶手段
2 立体映像復号化装置
20 復号化手段
21 奥行逆変換手段
22 多視点映像生成手段
23B 奥行対応表記憶手段
Claims (12)
- カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値とを符号化手段により符号化する立体映像符号化装置において、
前記奥行値を予め定めた語長の制限付き奥行値に変換して前記符号化する奥行値とする奥行変換手段を、さらに備え、
前記奥行変換手段は、
前記カメラから前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値を前記制限付き奥行値が取り得る最大値となるように、
前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max としたとき、非線形変換式である
- カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値とを符号化手段により符号化する立体映像符号化装置において、
前記奥行値を予め定めた語長の制限付き奥行値に変換して前記符号化する奥行値とする奥行変換手段を、さらに備え、
前記奥行変換手段は、
前記カメラから前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値を前記制限付き奥行値が取り得る最大値となるように、
前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max 、前記被写体までの予め定めた最大距離に対応する奥行値をx min 、前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値をx max としたとき、非線形変換式である
- 前記被写体までの距離に対応した奥行値と前記制限付き奥行値とを、前記非線形変換式によって予め計算して対応付けた対応表を記憶する奥行対応表記憶手段をさらに備え、
前記奥行変換手段は、前記非線形変換式による計算に代えて、前記対応表を参照して、前記被写体までの距離に対応した奥行値を前記制限付き奥行値に変換することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の立体映像符号化装置。 - カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値とを符号化する立体映像符号化方法において、
前記符号化の前に、奥行変換手段によって、前記奥行値を予め定めた語長の制限付き奥行値に変換する奥行変換ステップを、さらに含み、
前記奥行変換ステップは、
前記カメラから前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値を前記制限付き奥行値が取り得る最大値となるように、
前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max としたとき、非線形変換式である
- カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値とを符号化する立体映像符号化方法において、
前記符号化の前に、奥行変換手段によって、前記奥行値を予め定めた語長の制限付き奥行値に変換する奥行変換ステップを、さらに含み、
前記奥行変換ステップは、
前記カメラから前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値を前記制限付き奥行値が取り得る最大値となるように、
前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max 、前記被写体までの予め定めた最大距離に対応する奥行値をx min 、前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値をx max としたとき、非線形変換式である
- 前記奥行変換ステップは、前記非線形変換式による計算に代えて、前記被写体までの距離に対応した奥行値と前記制限付き奥行値とを、前記非線形変換式によって予め計算して対応付けた対応表を参照して、前記被写体までの距離に対応した奥行値を前記制限付き奥行値に変換することを特徴とする請求項4または請求項5に記載の立体映像符号化方法。
- カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値が予め定めた語長に変換された制限付き奥行値とが符号化されたビットストリームを復号化手段により復号化する立体映像復号化装置において、
前記制限付き奥行値は、前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max 、前記被写体までの予め定めた最大距離に対応する奥行値をx min 、前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値をx max としたとき、非線形変換式である
前記非線形変換式の逆変換式である
- 前記被写体までの距離に対応した奥行値と前記制限付き奥行値とを、前記逆変換式によって予め計算して対応付けた対応表を記憶する奥行対応表記憶手段をさらに備え、
前記奥行逆変換手段は、前記逆変換式による計算に代えて、前記対応表を参照して、前記制限付き奥行値を前記被写体までの距離に対応した奥行値に逆変換することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の立体映像復号化装置。 - カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値が予め定めた語長に変換された制限付き奥行値とが符号化されたビットストリームを復号化する立体映像復号化方法において、
前記制限付き奥行値は、前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max としたとき、非線形変換式である
前記復号化の後に、奥行逆変換手段によって、前記非線形変換式の逆変換式である
- カメラで撮影された被写体の映像と、前記カメラから前記被写体までの距離に対応した奥行値が予め定めた語長に変換された制限付き奥行値とが符号化されたビットストリームを復号化する立体映像復号化方法において、
前記制限付き奥行値は、前記被写体までの距離に対応した奥行値をx、前記制限付き奥行値をX、前記制限付き奥行値が取り得る最大値をX max 、前記被写体までの予め定めた最大距離に対応する奥行値をx min 、前記被写体までの予め定めた最近距離に対応する奥行値をx max としたとき、非線形変換式である
前記復号化の後に、奥行逆変換手段によって、前記非線形変換式の逆変換式である
- 前記奥行逆変換ステップは、前記逆変換式による計算に代えて、前記被写体までの距離に対応した奥行値と前記制限付き奥行値とを、前記逆変換式によって予め計算して対応付けた対応表を参照して、前記制限付き奥行値を前記被写体までの距離に対応した奥行値に逆変換することを特徴とする請求項10または請求項11に記載の立体映像復号化方法。
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