JP5765348B2

JP5765348B2 - 動画像符号化装置

Info

Publication number: JP5765348B2
Application number: JP2013003691A
Authority: JP
Inventors: 充人加納; 裕江岩崎
Original assignee: NTT Electronics Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp
Priority date: 2013-01-11
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2033-01-11
Also published as: JP2014135686A

Description

本発明は、量子化処理を行う動画像符号化装置に関する。

Ｈ．２６４やＭＰＥＧ２等の画像符号化において、画質と符号量の調整を行うために量子化処理が行われる。量子化処理では画質調整のために係数マトリックスセットを使用する。その１セット容量として、Ｈ．２６４の場合、最大で４＊４と８＊８のマトリックスを合わせた計３８４０ｂｉｔが必要になる。符号化効率や画像の変化によって係数マトリックスの変更を行なうため、その度に最大で３８４０ｂｉｔのデータ転送と設定時間が発生する。この問題を解決するため以下の２つの技術が提案されている。

従来技術１では、予め所定の量子化マトリックスを保持しておき、状況に応じて傾斜係数を設定できるようにする（例えば、特許文献１参照）。具体的には、所定の量子化マトリックスに傾斜係数を乗じて量子化に使用するマトリックスを得る。この場合のデータ転送は傾斜係数に限ることができる。

従来技術２では、状況に応じて生成タイプを選択し、生成タイプに対応して複数の生成関数を自動的に生成した上で量子化に使用するマトリックスを得る（例えば、特許文献２参照）。この場合、データ転送は生成タイプに限ることができる。

特開２００３−１８９３０８号公報再公表２００７−９４１００号公報

本来、量子化マトリックスは状況に応じて最適値を個々に設定できることが望ましい。しかし、従来技術１は設定の自由度を絞っている。また、従来技術２は、設定の自由度は従来技術１より大きいものの、自由度を確保するための手段が大掛かりになるという問題がある。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は大掛かりな手段を用いることなく、量子化マトリックスの設定の自由度を確保することができる動画像符号化装置を得るものである。

本発明に係る動画像符号化装置は、画像データを直交変換する直交変換部と、量子化マトリックスパラメータを選択して出力する符号化制御部と、前記量子化マトリックスパラメータから量子化マトリックスを生成する量子化マトリックス生成部と、前記直交変換によって得られた係数を前記量子化マトリックスを用いて量子化して量子化データを生成する量子化部と、前記量子化データから画像符号化データを生成するエントロピー符号化部とを備え、前記量子化マトリックスは複数の主要係数と複数の非主要係数を有し、前記複数の主要係数は、前記量子化マトリックスパラメータにより、直流成分と最高周波数成分と人間の視覚特性において画像を再現するための低周波数成分に相当する点のみについて個々に設定され、前記複数の非主要係数は、前記量子化マトリックスパラメータにより設定されるパラメータを含む関数に前記主要係数を入力して得られる値を用いて設定されることを特徴とする。

本発明により、大掛かりな手段を用いることなく、量子化マトリックスの設定の自由度を確保することができる。

本発明の実施の形態に係る動画像符号化装置を示す図である。４＊４の量子化マトリックスの例を示す図である。８＊８の量子化マトリックスの例を示す図である。本実施の形態と従来技術１の量子化マトリックスの計算例を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る動画像符号化装置を示す図である。映像が画像の連続として動画像符号化装置に入力される。映像が圧縮されたデータである映像圧縮データが動画像符号化装置から出力される。その後、画像復号装置（不図示）によって映像が伸展・再生される。

映像入力部１は、映像入力を画像化して入力画像として出力し、その画像の動きや細かさや前後変化を調査した結果を映像解析データとして出力する。予測画像生成部２は、前の復号画像等から入力画像を予測した画像である予測画像を生成する。差分生成部３は、入力画像と予測画像の差分画像を生成する。直交変換部４は、差分画像を直交変換（離散コサイン変換、離散サイン変換、離散フーリエ変換など）して直交変換データを出力する。

符号化制御部５は、装置の起動時に外部から量子化マトリックスパラメータセットを受取り、量子化マトリックスパラメータ用メモリ６に格納する。量子化マトリックスパラメータセットは、あらかじめ作成された符号量や映像解析データに応じた適切な量子化マトリックスパラメータのセットを複数セット含む。そして、符号化制御部５は、装置の動作時に映像解析データと符号量から最適な量子化値と量子化マトリックスパラメータを選択して出力する。

なお、符号化制御部５が選択する量子化マトリックスパラメータが変わるのは、ビットレート（符号量の制限）が現状から高い値や低い値に変更された場合、映像の細かさや動きなど映像の性質が変わった場合、シーンチェンジ等の場面変化が起きた場合などである。

量子化マトリックス生成部７は、量子化マトリックスパラメータから量子化マトリックスを生成する。本実施の形態は、後述のように量子化マトリックスの生成方法に特徴がある。量子化部８は、量子化値と量子化マトリックスを用いて直交変換データを量子化（粗く）した量子化データを生成する。エントロピー符号化部９は、量子化データを０，１のデータに変換して圧縮した映像圧縮データ（画像符号化データ）を生成する。また、発生した符号量を符号化制御部５に出力する。

逆量子化部１０は、量子化データと量子化マトリックスから粗くされた復号後直交変換データを生成する。逆直交変換部１１は、復号後直交変換データを逆直交変換して粗くされた復号差分画像を生成する。復号画像生成部１２は、予測画像と復号差分画像を足して復号画像を生成し出力する。参照画像用メモリ１３は、次の入力画像を予測するための復号画像を貯めておき、複数の復号画像の中から必要に応じて予測画像生成部に参照画像を出力する。

図２は、４＊４の量子化マトリックスの例を示す図である。この量子化マトリックスは複数の主要係数Ａ〜Ｅと、それ以外の複数の非主要係数とを有する。複数の主要係数Ａ〜Ｅは、量子化マトリックスパラメータにより個々に設定される。複数の非主要係数は、量子化マトリックスパラメータにより設定されるパラメータα，βを含む関数である。

ここで、主要係数Ａは直流成分（輝度成分であれば明るさ等）の量子化の粗さ（大きいほど粗くなる）を示す。主要係数Ｂは最高周波数成分における量子化の粗さを示す。主要係数Ｃは水平の最高周波数成分における量子化の粗さを示す。主要係数Ｄは垂直の最高周波数成分における量子化の粗さを示す。主要係数Ｅは人間の視覚特性において画像を再現するのに重要な周波数成分（低周波数成分）における量子化の粗さを示す。

なお、どの係数を主要係数とするかを判断する際に画質や符号量の制御に不都合が無いようにすることが重要であり、これを踏まえてＡ〜Ｆを主要係数とした。また、人間の視覚特性は低周波領域には敏感で高周波領域には鈍感であるため、低周波領域の係数に関しては細かく制御可能であることが重要である。そこで、ＥやＦを主要係数とした。

主要係数Ａ〜Ｅ以外の非主要係数は、量子化マトリックスの左上２＊２の低周波領域ではパラメータαを含む関数、その他の領域ではパラメータβを含む関数に主要係数を入力して得られる値を用いて設定される。これにより、非主要係数の各値は主要係数Ａ〜Ｅを補間するように設定できる。ここで、αは最低周波数成分の重み付け係数であり、βは二次低周波数成分の重み付け係数である。

以上より、符号化制御部５が主要係数Ａ〜Ｅとパラメータα，βを含む量子化マトリックスパラメータを選択して出力することにより、量子化マトリックス生成部７は画質決定に有用な量子化マトリックスを生成することができる。

図３は、８＊８の量子化マトリックスの例を示す図である。この量子化マトリックスは複数の主要係数Ａ〜Ｆと、それ以外の複数の非主要係数とを有する。複数の主要係数Ａ〜Ｆは、量子化マトリックスパラメータにより個々に設定される。複数の非主要係数は、量子化マトリックスパラメータにより設定されるパラメータα，β，γを含む関数である。

ここで、主要係数Ａ〜Ｅは４＊４の場合と全く同じ意味である。主要係数Ｆは８＊８マトリックスの内、人間の視覚特性において画像を再現するのにＥよりも重要な周波数成分（低周波数成分）における量子化の粗さを示す。

主要係数Ａ〜Ｆ以外の非主要係数は、４＊４の場合と共通する部分についてはパラメータα，βを含む関数で設定され、その他の領域についてはパラメータγを含む関数に主要係数を入力して得られる値を用いて設定される。これにより、非主要係数の各値は主要係数Ａ〜Ｆを補間するように設定できる。ここで、γは高周波数成分の重み付け係数である。

以上より、符号化制御部５が主要係数Ａ〜Ｆとパラメータα，β，γを含む量子化マトリックスパラメータを選択して出力することにより、量子化マトリックス生成部７は画質決定に有用な量子化マトリックスを生成することができる。

本実施の形態は量子化マトリックスの主要係数とパラメータを変更するため、傾斜係数のみを変更する従来技術１に比べて、量子化マトリックスの設定の自由度を確保することができる。

図４は、本実施の形態と従来技術１の量子化マトリックスの計算例を示す図である。マトリックス内の最高周波数成分の値を大幅に増やしたい場合、従来技術１では量子化マトリックスの値がいびつな分布になるのに対し、本実施の形態では連続的な分布になる。これによりシーンチェンジやフェード、フラッシュといった映像変化に柔軟に対応できる。

また、従来技術１では傾斜係数しか変更できないため、直流成分の値は変更できないが、それを本実施の形態では解決している。これにより符号化データが激増するような複雑な映像への即応が可能になる。具体的に、４＊４と８＊８のマトリックスについてＡ＝１６，Ｂ＝２５０近辺に設定しシミュレーションしてみたところ、従来技術１に比べて本実施の形態ではＢＤ−ＰＳＮＲで０．０９１ｄＢ、ＢＤ−Ｂｉｔｒａｔｅで約１．１４％の改善が確認できた。ここで、ＢＤ−ＰＳＮＲとは、同じ符号量におけるＰＳＮＲの差分値である。ＢＤ−Ｂｉｔｒａｔｅとは、同じＰＳＮＲ値で削減出来る符号量である。ＰＳＮＲとは、符号化前画像に対する符号化後画像の再現尺度であり、高い方が高画質とされる。

また、４＊４と８＊８のマトリックスを併せた容量は最大７６８ｂｉｔであり、全係数の３８４０ｂｉｔに比べ１／５程度で済む。さらに、従来技術２では自由度は大きいものの、自由度を確保するための手段が大掛かりになる。これに対して、本実施の形態では固定の四則演算の組み合わせを導入することにより、大掛かりな手段を用いる必要がない。

４直交変換部、５符号化制御部、７量子化マトリックス生成部、８量子化部、９エントロピー符号化部

Claims

画像データを直交変換する直交変換部と、
量子化マトリックスパラメータを選択して出力する符号化制御部と、
前記量子化マトリックスパラメータから量子化マトリックスを生成する量子化マトリックス生成部と、
前記直交変換によって得られた係数を前記量子化マトリックスを用いて量子化して量子化データを生成する量子化部と、
前記量子化データから画像符号化データを生成するエントロピー符号化部とを備え、
前記量子化マトリックスは複数の主要係数と複数の非主要係数を有し、
前記複数の主要係数は、前記量子化マトリックスパラメータにより、直流成分と最高周波数成分と人間の視覚特性において画像を再現するための低周波数成分に相当する点のみについて個々に設定され、
前記複数の非主要係数は、前記量子化マトリックスパラメータにより設定されるパラメータを含む関数に前記主要係数を入力して得られる値を用いて設定されることを特徴とする動画像符号化装置。
前記複数の主要係数は、直流成分の量子化の粗さと、最高周波数成分における量子化の粗さと、水平の最高周波数成分における量子化の粗さと、垂直の最高周波数成分における量子化の粗さと、人間の視覚特性において画像を再現するための低周波数成分における量子化の粗さであることを特徴とする請求項１に記載の動画像符号化装置。