JP7068925B2 - Predictive coding method determination device, moving image coding device, and moving image decoding device, and program - Google Patents
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Description
本発明は、動画像の予測符号化処理を行う動画像符号化装置にて、予測符号化処理前の動画像について複数の画面群に分割した所定グループ内の予測符号化法を決定する予測符号化法決定装置、動画像符号化装置、及び動画像復号装置、並びにプログラムに関する。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is a moving image coding device that performs predictive coding processing of a moving image, and determines a predictive coding method within a predetermined group that divides the moving image before the predictive coding process into a plurality of screen groups. It relates to a method determining device, a moving image coding device, a moving image decoding device, and a program.
動画像の圧縮符号化技術として、例えばH.264/MPEG-4 AVC,H.265/MPEG-H HEVCなど、予測符号化処理前の動画像について複数の画面群に分割した所定グループを設定し、その所定グループ内で、予測符号化法として予め選択された画面間予測符号化処理や画面内予測符号化処理を行ない、伝送するためのビットストリームを生成する技法が知られている。 As a compression coding technique for moving images, for example, H.264 / MPEG-4 AVC, H.265 / MPEG-H HEVC, etc., a predetermined group divided into a plurality of screen groups for the moving image before predictive coding processing is set. , A technique is known in which an interscreen predictive coding process or an in-screen predictive coding process selected in advance as a predictive coding method is performed within the predetermined group to generate a bit stream for transmission.
H.264/MPEG-4 AVCでは、当該所定グループとして予測符号化前の動画像について複数の画面群に分割したGOP(Group of Pictures)を設定する。そして、GOP内の各画面(フレーム、又はスライス画面)について、画面内予測符号化処理を行うIピクチャー、時間的に過去の画面から画面間予測符号化処理を行うPピクチャー、又は時間的に前後に位置する画面から画面間予測符号化処理を行うBピクチャーが予め選択される。尚、H.264/MPEG-4 AVCでは、GOP内の全ての画面について画面内予測符号化処理のみの圧縮符号化方式による圧縮も可能である。 In H.264 / MPEG-4 AVC, a GOP (Group of Pictures) is set as the predetermined group by dividing the moving image before prediction coding into a plurality of screen groups. Then, for each screen (frame or slice screen) in the GOP, an I picture that performs in-screen prediction coding processing, a P picture that performs inter-screen prediction coding processing from a past screen in time, or a time before and after The B picture to be subjected to the inter-screen prediction coding processing is selected in advance from the screen located at. In H.264 / MPEG-4 AVC, all screens in the GOP can be compressed by a compression coding method only for in-screen predictive coding processing.
また、H.265/MPEG-H HEVCにおいても、当該所定グループとして予測符号化前の動画像について複数の画面群に分割したシーケンスを設定する。HEVC規格上ではGOPという概念を導入していないが、このシーケンスがGOPに相当する。そして、シーケンス内の各画面(フレーム画面、スライス画面、又はタイル画面)について、画面内予測符号化処理や画面間予測符号化処理を行う処理ユニットが予め選択される(例えば、非特許文献1参照)。尚、H.265/MPEG-H HEVCにおいても、シーケンス内の全ての画面について画面内予測符号化処理のみの圧縮符号化方式による圧縮も可能である。 Further, also in H.265 / MPEG-H HEVC, a sequence in which the moving image before prediction coding is divided into a plurality of screen groups is set as the predetermined group. Although the concept of GOP is not introduced in the HEVC standard, this sequence corresponds to GOP. Then, for each screen (frame screen, slice screen, or tile screen) in the sequence, a processing unit that performs in-screen prediction coding processing or inter-screen prediction coding processing is selected in advance (see, for example, Non-Patent Document 1). ). Also in H.265 / MPEG-H HEVC, it is possible to compress all the screens in the sequence by the compression coding method only for the in-screen predictive coding process.
ところで、画像内の周波数解析の1つとして、例えばウェーブレット解析やウェーブレットパケット解析が知られている(例えば、非特許文献2参照)。 By the way, as one of the frequency analysis in an image, for example, wavelet analysis and wavelet packet analysis are known (see, for example, Non-Patent Document 2).
従来の動画像符号化装置では、符号化対象の動画像がどのような特徴量を持つものであるかを自動判定せずに、当該所定グループ内で固定の予測符号化法とするか、又は予め用意した複数種類の予測符号化法の組み合わせを基に主観的に決定することが多い。 In the conventional moving image coding device, a fixed predictive coding method is used within the predetermined group without automatically determining what kind of feature amount the moving image to be coded has. It is often determined subjectively based on a combination of a plurality of types of predictive coding methods prepared in advance.
しかし、画面間予測符号化処理はその符号化信号の削減効果が大きいが、一般に、複雑な動きを持つなどのクリティカルな動画像に対し画面間予測符号化処理を施すと、符号化ビットレートが十分ではない場合、ブロック歪やフリッカなどのアーテイファクトが発生しやすい。このため、固定の予測符号化法や主観的な決定に基づく予測符号化法の選択では、予測符号化処理に対応する予測復号後の動画像品質の向上が望めない。 However, the inter-screen predictive coding process has a large effect of reducing the coded signal, but in general, when the inter-screen predictive coding process is applied to a critical moving image having complicated movements, the coding bit rate becomes higher. If not enough, artifacts such as block distortion and flicker are likely to occur. Therefore, in the selection of the fixed predictive coding method or the predictive coding method based on the subjective determination, it is not possible to expect the improvement of the moving image quality after the predictive decoding corresponding to the predictive coding process.
従って、動画像の予測符号化処理を行う動画像符号化装置にて、当該所定グループ内の予測符号化法を決定するには、画質の観点から自動選択する技法が望まれる。 Therefore, in order to determine the predictive coding method within the predetermined group in the moving image coding apparatus that performs the predictive coding process of the moving image, a technique of automatically selecting from the viewpoint of image quality is desired.
また、従来技法において、当該所定グループ内の予測符号化法を自動選択する技法があったとしても、符号化対象の動画像における画面を分割した単位ブロックの信号値(画素値や、輝度信号又は色差信号等)そのものを特徴量とすることが想定される。しかし、この場合でも、その判別精度に改善の余地がある。従って、より高精度、且つ自動的に当該所定グループ内の予測符号化法を選択決定する技法が望まれる。 Further, even if there is a technique for automatically selecting a predictive coding method within the predetermined group in the conventional technique, the signal value (pixel value, luminance signal, or brightness signal) of a unit block obtained by dividing the screen in the moving image to be encoded It is assumed that the feature quantity is the color difference signal, etc.) itself. However, even in this case, there is room for improvement in the discrimination accuracy. Therefore, a technique for selecting and determining a predictive coding method within the predetermined group with higher accuracy and automatically is desired.
そこで、本発明の目的は、予測符号化処理前の動画像について複数の画面群に分割した所定グループ内の予測符号化法を画質の観点から高精度に自動選択し決定する予測符号化法決定装置、動画像符号化装置、及び動画像復号装置、並びにプログラムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to determine a predictive coding method for automatically selecting and determining a predictive coding method in a predetermined group divided into a plurality of screen groups for a moving image before predictive coding processing with high accuracy from the viewpoint of image quality. It is an object of the present invention to provide an apparatus, a moving image coding apparatus, a moving image decoding apparatus, and a program.
本発明の予測符号化法決定装置は、予測符号化処理前の動画像について複数の画面群に分割した所定グループ内の予測符号化法を自動選択し決定する予測符号化法決定装置であって、前記予測符号化法の判定対象として予め定めた基準画像及び判定画像を当該所定グループ内から抽出し、p(p≧2)階ウェーブレットパケット解析処理によって、前記基準画像と前記判定画像のそれぞれについて周波数解析係数を算出するウェーブレットパケット解析部と、前記周波数解析係数における任意の位相位置における各周波数帯域の要素値を特徴量として、前記基準画像と前記判定画像のそれぞれについて画面間マッチング処理を行い、所定の類似度評価指数に基づくマッチング量を算出するマッチング処理部と、前記マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の予測符号化法として画面間予測符号化処理とするか画面内予測符号化処理とするかを選択決定する予測符号化法選択決定部と、を備えることを特徴とする。 The predictive coding method determining device of the present invention is a predictive coding method determining device that automatically selects and determines a predictive coding method in a predetermined group divided into a plurality of screen groups for a moving image before the predictive coding process. , The reference image and the determination image predetermined as the determination target of the prediction coding method are extracted from the predetermined group, and the reference image and the determination image are obtained by the p (p ≧ 2) order wavelet packet analysis process. Using the wavelet packet analysis unit that calculates the frequency analysis coefficient and the element value of each frequency band at an arbitrary phase position in the frequency analysis coefficient as feature quantities, screen-to-screen matching processing is performed for each of the reference image and the determination image. The matching processing unit that calculates the matching amount based on the predetermined similarity evaluation index, and the inter-screen predictive coding process or the in-screen predictive coding process as the predictive coding method within the predetermined group based on the matching amount. It is characterized by comprising a predictive coding method selection determination unit for selecting and determining whether or not to be used.
また、本発明の予測符号化法決定装置において、前記基準画像を当該所定グループ内の先頭フレームとし、前記判定画像を前記先頭フレーム以外の1以上のフレームとした当該マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の各フレームの予測符号化法を逐次選択決定することを特徴とする。 Further, in the predictive coding method determining apparatus of the present invention, the predetermined image is based on the matching amount in which the reference image is the first frame in the predetermined group and the determination image is one or more frames other than the first frame. It is characterized in that the predictive coding method of each frame in the group is sequentially selected and determined.
また、本発明の予測符号化法決定装置において、前記基準画像を当該所定グループ内の先頭フレームとし、前記判定画像を前記先頭フレーム以外の1つのフレームとした当該マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の全てのフレームの予測符号化法を一括して選択決定することを特徴とする。 Further, in the predictive coding method determining apparatus of the present invention, the predetermined group is based on the matching amount in which the reference image is the first frame in the predetermined group and the determination image is one frame other than the first frame. It is characterized in that the predictive coding method of all the frames in the box is selected and determined at once.
また、本発明の予測符号化法決定装置において、前記予測符号化法選択決定部は、当該所定グループ内の各画面に対し予め定めた基本の予測符号化法を適用することを前提とし、前記マッチング量に基づいて前記基本の予測符号化法とは異なる第2の予測符号化法を適用するよう切り替えて、当該所定グループ内の予測符号化法を決定することを特徴とする。 Further, in the predictive coding method determination device of the present invention, the predictive coding method selection determination unit is premised on applying a predetermined basic predictive coding method to each screen in the predetermined group. It is characterized in that the prediction coding method within the predetermined group is determined by switching to apply a second prediction coding method different from the basic prediction coding method based on the matching amount.
また、本発明の予測符号化法決定装置において、前記予測符号化法選択決定部は、当該所定グループ内の各画面に対し画面間予測符号化処理を含む予め定めた基本の予測符号化法を適用することを前提とし、前記マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の全ての画面に対し画面内予測符号化処理のみを適用するよう切り替えて、当該所定グループ内の予測符号化法を決定することを特徴とする。 Further, in the predictive coding method determination device of the present invention, the predictive coding method selection determination unit uses a predetermined basic predictive coding method including an interscreen predictive coding process for each screen in the predetermined group. On the premise of application, based on the matching amount, the prediction coding method in the predetermined group is determined by switching to apply only the in-screen prediction coding process to all the screens in the predetermined group. It is characterized by that.
また、本発明の予測符号化法決定装置において、前記マッチング処理部は、前記マッチング量を算出する際に、当該画面間マッチング処理に係る周波数解析係数毎のマッチング重みを設定し、少なくとも階数2の周波数帯域におけるマッチング重みの値を階数1の周波数帯域におけるマッチング重みの値より大きくして、当該マッチング量を算出することを特徴とする。
Further, in the predictive coding method determining apparatus of the present invention, the matching processing unit sets a matching weight for each frequency analysis coefficient related to the inter-screen matching processing when calculating the matching amount, and has at least the number of
また、本発明の予測符号化法決定装置において、前記マッチング処理部は、前記マッチング量を算出する際に、当該画面間マッチング処理に係る周波数解析係数毎のマッチング重みを設定し、当該基準画像と当該判定画像との間の時間距離が大きいほど該マッチング重みを大きくして、当該マッチング量を算出することを特徴とする。 Further, in the predictive coding method determination device of the present invention, the matching processing unit sets a matching weight for each frequency analysis coefficient related to the inter-screen matching processing when calculating the matching amount, and sets the matching weight with the reference image. The larger the time distance from the determination image, the larger the matching weight, and the matching amount is calculated.
更に、本発明の動画像符号化装置は、予測符号化処理前の動画像を入力して複数の画面群に分割し、当該複数の画面群に分割した所定グループを設定するグループ設定部と、該所定グループ内の予測符号化法を自動選択し決定する、本発明の予測符号化法決定装置と、該所定グループ内の複数の画面群について、該予測符号化法決定装置によって指示された予測符号化法に基づき画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化処理を施し、該予測符号化処理が施された符号化信号と、該予測符号化法決定装置によって指示された予測符号化法を示すヘッダ情報とを生成する予測符号化部と、前記符号化信号に対し所定のエントロピー符号化処理を施し、前記ヘッダ情報を所定のストリームヘッダに書き込み、ビットストリームを生成するストリーム生成部と、を備えることを特徴とする。 Further, the moving image coding apparatus of the present invention includes a group setting unit that inputs a moving image before the predictive coding process, divides the moving image into a plurality of screen groups, and sets a predetermined group divided into the plurality of screen groups. The predictive coding method determination device of the present invention that automatically selects and determines the predictive coding method in the predetermined group, and the prediction instructed by the predictive coding method determination device for a plurality of screen groups in the predetermined group. An inter-screen predictive coding process or an in-screen predictive coding process is performed based on the coding method, and the coded signal subjected to the predictive coding process is instructed by the predictive coding method determination device. A predictive coding unit that generates header information indicating a predictive coding method and a predetermined entropy coding process are applied to the coded signal, and the header information is written to a predetermined stream header to generate a bit stream. It is characterized by including a stream generation unit.
更に、本発明の動画像復号装置は、本発明の動画像符号化装置からビットストリームを入力し、該ビットストリームから当該所定グループ単位で当該ヘッダ情報及び当該符号化信号を抽出するストリーム入力部と、当該所定グループ単位で当該ヘッダ情報を基に、画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化法を判別し、当該符号化信号に対して予測復号処理を施し、復元した動画像を生成する予測復号部と、を備えることを特徴とする。 Further, the moving image decoding device of the present invention includes a stream input unit that inputs a bit stream from the moving image coding device of the present invention and extracts the header information and the coded signal from the bit stream in units of the predetermined group. Based on the header information in the predetermined group unit, the predictive coding method by the inter-screen predictive coding process or the in-screen predictive coding process is determined, and the predictive decoding process is performed on the coded signal to restore the coded signal. It is characterized by including a predictive decoding unit that generates a moving image.
更に、本発明のプログラムは、コンピューターを、本発明の予測符号化法決定装置として機能させるためのプログラムとして構成する。 Further, the program of the present invention is configured as a program for making the computer function as the predictive coding method determining device of the present invention.
本発明によれば、画面間予測符号化処理ではクリティカルな動画像で発生しやすい符号化劣化を抑制し、トータルでの主観画質を向上させることができる。 According to the present invention, in the inter-screen predictive coding process, it is possible to suppress coding deterioration that tends to occur in a critical moving image and improve the total subjective image quality.
以下、本発明による一実施形態の予測符号化法決定装置10、及びこれを備える動画像符号化装置1、並びに動画像復号装置2について、図面を参照して詳細に説明する。
Hereinafter, the predictive coding
〔動画像符号化装置〕
図1は、本発明による一実施形態の予測符号化法決定装置10を備える動画像符号化装置1の概略構成を示すブロック図である。動画像符号化装置1は、例えばH.264/MPEG-4 AVC,H.265/MPEG-H HEVCなどに代表される、予測符号化法として画面間予測符号化処理及び画面内予測符号化処理を有する装置であり、予測符号化法決定装置10、グループ設定部11、予測符号化部12、及びストリーム生成部13を備える。
[Motion image coding device]
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a moving image coding device 1 including the predictive coding
グループ設定部11は、予測符号化処理前の動画像を入力して複数の画面群に分割し、当該複数の画面群に分割した所定グループを設定し、当該所定グループ内の複数の画面群を予測符号化部12に出力する。ここで、当該画面は、フレーム画面、スライス画面、又はタイル画面とすることができる。
The
予測符号化法決定装置10は、まず、当該所定グループ内に含まれる、予測符号化法の判定対象の予め定めた複数の入力画像(基準画像及び判定画像)を抽出する。続いて、予測符号化法決定装置10は、当該複数の入力画像(基準画像及び判定画像)を基に、当該所定グループ内の全てのフレームについて、画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化法を決定する。そして、予測符号化法決定装置10は、予測符号化部12に対し、その決定した予測符号化法を指示する。
First, the predictive coding
ここで、基準画像は当該所定グループ内の先頭に位置する画面であり、判定画像は当該所定グループ内の基準画像以外の1以上の画面であり、好適には当該所定グループ内の最終フレーム内の一画面とすることができる。 Here, the reference image is a screen located at the head of the predetermined group, and the determination image is one or more screens other than the reference image in the predetermined group, preferably in the final frame in the predetermined group. It can be one screen.
予測符号化部12は、グループ設定部11から入力される当該所定グループ内の複数の画面群について、予測符号化法決定装置10によって指示された予測符号化法に基づき画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化処理を施し、該予測符号化処理が施された符号化信号をストリーム生成部13に出力する。尚、予測符号化部12は、予測符号化法決定装置10によって指示された予測符号化法を示すヘッダ情報も併せてストリーム生成部13に出力する。
The
ストリーム生成部13は、予測符号化部12から得られる符号化信号に対し所定のエントロピー符号化処理(CAVLCやCABAC等)を施し、予測符号化部12から得られるヘッダ情報をGOPヘッダやシーケンスヘッダ等の所定のストリームヘッダに書き込み、後述する動画像復号装置2へ伝送するためのビットストリームを生成する。
The
〔予測符号化法決定装置〕
図1に示すように、予測符号化法決定装置10は、ウェーブレットパケット解析部101、マッチング処理部102、及び予測符号化法選択決定部103を備える。図2は、予測符号化法決定装置10における処理を示すフローチャートであり、図2を参照しながら、図1に示す予測符号化法決定装置10を詳細に説明する。
[Predictive coding method determination device]
As shown in FIG. 1, the predictive coding
まず、ウェーブレットパケット解析部101は、符号化処理前の動画像の当該所定グループ内に含まれる、予測符号化法の判定対象の予め定めた複数の入力画像(基準画像及び判定画像)を抽出する。そして、ウェーブレットパケット解析部101は、外部設定されるウェーブレットパケット解析階数p(pは2以上の整数)に基づき、抽出した複数の入力画像(基準画像及び判定画像)の各々に対し、パーセバルの定理を満たすようにp階ウェーブレットパケット解析処理を実行する(ステップS1)。これにより、位相遅延を補償して安定した高速処理が実現される。p階ウェーブレットパケット解析処理に用いるウェーブレットフイルタは、パーセバルの定理を満たすものであればよく、例えば線形位相性を持ち、差分特徴量を求めることができるHaarフィルタとしてもよい。
First, the wavelet
ここで、理解を簡単化するために、p=2とし、当該所定グループはフレーム単位で分割(本例では8分割)されているものとし、基準画像は当該所定グループ内の先頭フレーム(時刻t=t1)、判定画像は最終フレーム(時刻t=t8)とする。 Here, in order to simplify understanding, it is assumed that p = 2, the predetermined group is divided into frame units (8 divisions in this example), and the reference image is the first frame (time t) in the predetermined group. = T 1 ), and the determination image is the final frame (time t = t 8 ).
(ウェーブレットパケット解析部)
ウェーブレットパケット解析部101は、p階ウェーブレットパケット解析処理によって、基準画像と判定画像のそれぞれについて周波数解析係数Cm,n(t)を算出し、マッチング処理部102に出力する。
(Wavelet packet analysis unit)
The wavelet
例えば、図3には、p=2としたときの2階ウェーブレットパケット解析処理によって得られる周波数解析係数Cm,n(t)を示している。尚、図3は放送カメラで撮像された所謂8Kの動画像の画像サイズ(水平解像度8K(7680画素)×垂直解像度4K(4320画素))のフレーム画像を入力画像とした例であり、この入力画像に対しそれぞれ水平・垂直方向に2階ウェーブレットパケット解析処理を行うことで、水平周波数×垂直周波数で表される図示するような周波数解析係数Cm,nに分解される。ここで、m,nは、それぞれ周波数解析係数Cm,nの水平,垂直方向の帯域番号である。そして周波数解析係数Cm,nは任意の位相位置{i,j}における各周波数帯域の要素値αm,n
i,jから構成される。ここで、i,jは、それぞれCm,n内の水平,垂直方向の位相位置である。そして、ウェーブレットパケット解析処理時の各階の係数値間には、パーセバルの法則が成り立つものとする。
For example, FIG. 3 shows the frequency analysis coefficients C m, n (t) obtained by the second-order wavelet packet analysis processing when p = 2. Note that FIG. 3 is an example in which a frame image of a so-called 8K moving image captured by a broadcasting camera (
このように、複数の入力画像(基準画像及び判定画像)の各々に対し、p階ウェーブレットパケット解析処理を施すことで、各周波数帯域の要素値αm,n i,j(t)を持つ各周波数解析係数Cm,n(t)を得ることができる。 In this way, by performing the p-th order wavelet packet analysis processing on each of the plurality of input images (reference image and determination image), each having element values α m, ni, j (t) of each frequency band. The frequency analysis coefficients C m, n (t) can be obtained.
(マッチング処理部)
次に、マッチング処理部102は、ウェーブレットパケット解析部101から得られる複数の入力画像(基準画像及び判定画像)の各々における各周波数解析係数Cm,n(t)の要素値αm,n
i,jに基づき、位置合わせを行う画面間(本例ではフレーム間)の位置合わせを行うマッチング処理を行う。まず、マッチング処理部102は、そのマッチング処理に先立って、外部設定により、当該画面間(本例ではフレーム間)のマッチング処理に係る各周波数解析係数Cm,n(t)毎のマッチング重みbm,nを設定する(ステップS2)。
(Matching processing unit)
Next, the matching
マッチング重みbm,nの設定値は、常にbm,n=1とすることも可能である。しかし、例えばHaarフィルタによる2階ウェーブレットパケット解析処理を経て、階数2の周波数帯域の周波数解析係数{C3,3,C4,3,C3,4,C4,4}を算出すると、この階数2の周波数解析係数は、予測符号化法を選択決定するためのマッチング処理にとって重要な2次微分成分となる。このため、階数1の周波数帯域の周波数解析係数のマッチング処理ではbm,n=1とし、階数2の周波数帯域の周波数解析係数のマッチング処理ではそのマッチング重みの値を増してbm,n>1(例えば、bm,n=1.7等)とすることができる。
The setting values of the matching weights b m and n can always be b m and n = 1. However, for example, when the frequency analysis coefficient {C 3 , 3, C 4 , 3, C 3, 4, C 4 , 4 } of the frequency band of the second order is calculated through the second-order wavelet packet analysis processing by the Har filter, this is obtained. The frequency analysis coefficient of
更に、マッチング重みbm,nの設定値は、p>3とした3階以上のウェーブレットパケット解析処理を経ているときも、階数2の帯域の周波数解析係数のマッチング処理におけるマッチング重みbm,nの値が他の階層に比べて最大になるようにするのが好適である。例えば、マッチング重みbm,nの設定値として、階数1に係るマッチング処理ではbm,n=1とし、階数2に係るマッチング処理ではbm,n=1.7とし、階数3に係るマッチング処理ではbm,n=0.8とし、階数4に係るマッチング処理ではbm,n=0.7とするなどとするのが好適である。 Further, the set values of the matching weights b m and n are the matching weights b m and n in the matching process of the frequency analysis coefficient of the band of the second rank even when the wavelet packet analysis process of the third or higher order is performed with p> 3. It is preferable that the value of is maximized as compared with other layers. For example, as the setting values of the matching weights b m and n , b m and n = 1 in the matching process related to the first floor, b m and n = 1.7 in the matching process related to the second floor, and matching related to the third floor. It is preferable to set b m, n = 0.8 in the processing, and b m, n = 0.7 in the matching processing related to the rank 4.
更に、マッチング重みbm,nの設定値として、当該所定グループ内のマッチングを行うフレーム間の時間距離に応じて、当該基準画像と当該判定画像との間の時間距離が大きいほどマッチング重みbm,nを大きくする(影響を大きくする)のが好適である。例えば、当該所定グループがフレーム単位で8分割されている場合、先頭フレーム(時刻t=t1)と、これに続く第2フレーム(時刻t=t2)との間でマッチング量を判定する場合ではbm,nに係数a1を乗じるものとする。一方で、先頭フレーム(時刻t=t1)と最終フレーム(時刻t=t8)との間でマッチング量を判定する場合ではbm,nに係数a8を乗じるものとする。そして、a1<a8となるようにする。 Further, as the set values of the matching weights b m and n , the larger the time distance between the reference image and the determination image is, the more the matching weight b m is set according to the time distance between the matching frames in the predetermined group. , N should be increased (increasing the effect). For example, when the predetermined group is divided into eight in frame units, the matching amount is determined between the first frame (time t = t 1 ) and the subsequent second frame (time t = t 2 ). Then, it is assumed that b m and n are multiplied by the coefficient a 1 . On the other hand, when determining the matching amount between the first frame (time t = t 1 ) and the last frame (time t = t 8 ), it is assumed that b m and n are multiplied by the coefficient a 8 . Then, a 1 <a 8 is set.
続いて、マッチング処理部102は、ウェーブレットパケット解析部101から得られる複数の入力画像(基準画像及び判定画像)を互いに比較して、当該マッチング重みbm,nに従う周波数解析係数Cm,nの各周波数待機における要素値αm,n
i,jに基づく位置合わせを行う画面(本例ではフレーム)間マッチング処理により、マッチング量を算出する(ステップS3)。
Subsequently, the matching
より具体的には、マッチング処理部102は、複数の入力画像(基準画像及び判定画像)の各々における周波数解析係数Cm,n、及び外部設定されたマッチング重みbm,nを入力し、Cm,n内の任意の位相位置{i,j}の要素値αm,n
i,jを特徴量として、画面(本例ではフレーム)間のマッチング処理を行い、その結果にbm,nを乗じた値が所定の閾値を超える個数をマッチング量としてカウントする。
More specifically, the matching
ところで、予測符号化法決定装置10は、当該所定グループ内の各画面(本例ではフレーム)間のマッチング処理を経て、各画面を個別に、画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理のいずれかの予測符号化法を決定する構成とすることができる。
By the way, the predictive coding
ただし、予測符号化法決定装置10の処理の高速化のために、当該所定グループとして例えばGOPを例にすると、GOPサイズが8、GOP構造の各ピクチャーが先頭から{I,P,B,B,B,B,B,B,B}のランダムアクセス(Random Access)を基本の予測符号化法としておく。そして、予測符号化法決定装置10は、マッチング処理部102によるフレーム間マッチング処理を経て、当該基本の予測符号化法を、これとは異なる第2の予測符号化法に切り替える構成とするのが好適である。
However, in order to speed up the processing of the predictive coding
例えば第2の予測符号化法として、当該所定グループ(例えばGOP)内の全ての画面について画面内予測符号化処理のみの圧縮符号化方式とすることができる。 For example, as the second predictive coding method, a compression coding method of only the in-screen predictive coding process can be used for all the screens in the predetermined group (for example, GOP).
好適には、予測符号化法決定装置10は、その処理の高速化の観点から、基準画像である先頭フレームから、最も時間方向の距離が遠い最終フレームを判定画像とし、この先頭フレームと最終フレームとのフレーム間マッチング処理のみで、当該所定グループ内の全てのフレームに対する当該基本の予測符号化法を、これとは異なる第2の予測符号化法に切り替えるのが好適である。
Preferably, from the viewpoint of speeding up the processing, the predictive coding
そこで、本例では、予測符号化法決定装置10は、最も時間方向の距離が遠い関係にある先頭フレームと最終フレームとの類似度が高い場合には当該基本の予測符号化法とし、先頭フレームと最終フレームとの類似度が低い場合では第2の予測符号化法として切り替えるようにする。
Therefore, in this example, when the degree of similarity between the first frame and the final frame having the longest distance in the time direction is high, the predictive coding
また、本発明に係る予測符号化法決定装置10は、単位ブロックの信号値(画素値や、輝度信号又は色差信号等)そのものを特徴量とするものではなく、階層p≧2とした複数次元の周波数解析係数Cm,n(t)の要素値αm,n
i,j(t)を特徴量とし、周波数解析係数Cm,n(t)に基づく画面間マッチング処理であるため、その類似度判定の確度が高くなる。
Further, the predictive coding
図4は、予測符号化法決定装置10におけるマッチング処理部102による周波数解析係数に基づくフレーム間マッチング処理の説明図である。基準画像は当該所定グループ内の先頭フレーム(時刻t=t1)、判定画像は最終フレーム(時刻t=t8)である。任意の位相位置{i,j}からの位相移動量を{x,y}、マッチング処理の類似度評価指数として例えばSAD(Sum of Absolute Difference)を用いて、そのSAD評価による差分値を評価値di,j(t)とする。尚、類似度評価指数として、SAD以外にも、SSD(Sum of Squared Difference),NCC(Normalized Cross-Correlation),ZNCC(Zero-means Normalized Cross-Correlation)等を利用できる。
FIG. 4 is an explanatory diagram of inter-frame matching processing based on the frequency analysis coefficient by the matching
図4に示すように、本例のマッチング処理部102は、先頭フレームの周波数解析係数Cm,n(t1)と、最終フレームの周波数解析係数Cm,n(t8)におけるそれぞれの任意の位相位置{i,j}の要素値αm,n
i,j(t1)とαm,n
i,j(t8)の画面(本例ではフレーム)間マッチング処理を行う。
As shown in FIG. 4, the matching
このフレーム間マッチング処理によるマッチング点の評価値di,j(t)は、以下の式(1)より算出される。 The evaluation values di and j (t) of the matching points by this inter-frame matching process are calculated from the following equation (1).
つまり、本例のマッチング処理部102は、先頭フレームの要素値αm,n
i,j(t1)に対する最終フレームの周波数解析係数Cm,n(t8)内のマッチング点を、式(1)の右辺に示されるように、
Σ4
m=1Σ4
n=1|αm,n
i,j(t1)-αm,n
i+x,j+y(t8)|bm,n
が最小となる位相移動量{x,y}であるαm,n
i+x,j+y(t8)として判定できる。
That is, the matching
Σ 4 m = 1 Σ 4 n = 1 | α m, n i, j (t 1 )-α m, n i + x, j + y (t 8 ) | b m, n
Can be determined as α m, ni + x, j + y (t 8 ), which is the phase movement amount {x, y} that minimizes.
そして、マッチング処理部102は、以下の式(2)に示すカウント関数Countに基づいて、閾値をτとして、∀{i,j}における評価値di,j(t)がτ以下となる個数num(t)を算出する。ここでτは、例えば32とする。
Then, the matching
マッチング処理部102は、式(2)により、評価値di,j(t)が閾値τ以下となる個数num(t)を算出すると、そのnum(t)を当該所定グループ内のフレーム間マッチング処理のマッチング量として予測符号化法選択決定部103に出力する。尚、位相移動量{x,y}の範囲は、動画像符号化の画面間(本例ではフレーム間)予測に係る動き探索範囲が既知である場合には、その範囲に合わせることで、より高速な処理が可能となる。
When the
(予測符号化法選択決定部)
予測符号化法選択決定部103は、マッチング処理部102から当該所定グループ(例えばGOP)内のマッチング量num(t)を入力し、そのマッチング量num(t)の個数に基づいて、当該所定グループ内の予測符号化法として画面間予測符号化処理とするか画面内予測符号化処理とするかを選択決定し、予測符号化部12に対し、その決定した予測符号化法を指示する(ステップS4)。
(Predictive coding method selection determination unit)
The prediction coding method selection determination unit 103 inputs the matching amount num (t) in the predetermined group (for example, GOP) from the matching
より具体的に、予測符号化法選択決定部103は、そのマッチング量num(t)の個数が第2閾値以上であれば画面間予測符号化処理とし、当該第2閾値未満であれば画面内予測符号化処理として選択決定する。 More specifically, the prediction coding method selection determination unit 103 performs inter-screen prediction coding processing if the number of matching amounts num (t) is equal to or greater than the second threshold value, and in-screen if the number is less than the second threshold value. Select and determine as predictive coding processing.
尚、当該所定グループ(例えばGOP)内で、基準画像である先頭フレーム(t1)と、そこから最も時間方向の距離が遠い最終フレーム(t8)のみとの比較でマッチング処理を行う構成とする以外に、当該所定グループ(例えばGOP)内で、より多くのフレームに対しマッチング処理を行うことができる。 In the predetermined group (for example, GOP), the matching process is performed by comparing only the first frame (t 1 ) which is the reference image and the final frame (t 8 ) which is the farthest in the time direction from the first frame (t 1). In addition to this, matching processing can be performed on more frames within the predetermined group (for example, GOP).
そして、当該所定グループ(例えばGOP)内で、より多くのフレームに対しマッチング処理を行う場合でも、1つでも画面間予測符号化処理として選択決定するときは、予測符号化法選択決定部103は、当該所定グループ(例えばGOP)内の全てのフレームを画面内予測符号化処理として選択決定するのが好適である。これにより、主観画質が高くなり、処理速度も向上する。 Then, even when matching processing is performed on more frames in the predetermined group (for example, GOP), when even one selection determination is made as the inter-screen prediction coding processing, the prediction coding method selection determination unit 103 , It is preferable to select and determine all the frames in the predetermined group (for example, GOP) as the in-screen prediction coding process. As a result, the subjective image quality is improved and the processing speed is also improved.
また、予測符号化法決定装置10が処理する当該複数の入力画像(基準画像及び判定画像)は、予測符号化処理前の動画像から切り出されたRGB色の色空間毎とすることも可能であるが、グレー化するか又は輝度信号に変換された画像とすることができる。そして、RGB色の色空間毎に基準画像と判定画像の類似度を判定する場合において、その色空間の1つでも画面間予測符号化処理として選択決定するときは、予測符号化法選択決定部103は、当該所定グループ(例えばGOP)内の全てのフレームを画面内予測符号化処理として選択決定するのが好適である。これにより、主観画質が高くなり、処理速度も向上する。
Further, the plurality of input images (reference image and determination image) processed by the predictive coding
以上のように、予測符号化法決定装置10は、当該所定グループに対する基本の予測符号化法を予め定めておき、階層p≧2とした複数次元の周波数解析係数Cm,n(t)の要素値αm,n
i,j(t)を特徴量とし、基準画像と1以上の判定画像における周波数解析係数Cm,n(t)に基づくマッチング処理に基づき、当該基本の予測符号化法を、これとは異なる第2の予測符号化法に切り替えるのが好適である。特に、基本の予測符号化法は画面間予測符号化処理を含むものとし、第2の予測符号化法は画面内予測符号化処理のみとするのが好適である。
As described above, the predictive coding
これにより、予測符号化法決定装置10は、動画像の予測符号化部12の前段で画面間予測符号化の難易度を推定して、難易度が高い場合は当該所定グループ(例えばGOP)内では画面内予測符号化処理へ切り替えさせることができる。
As a result, the predictive coding
そして、動画像符号化装置1における予測符号化部12は、グループ設定部11から入力される当該所定グループ内の複数の画面群について、予測符号化法決定装置10によって指示された予測符号化法に基づく予測符号化処理を施し、該予測符号化処理が施された符号化信号と、当該予測符号化法を示すヘッダ情報をストリーム生成部13に出力する。
Then, the
動画像符号化装置1におけるストリーム生成部13は、予測符号化部12から得られる符号化信号に対し所定のエントロピー符号化処理(CAVLCやCABAC等)を施し、予測符号化部12から得られるヘッダ情報をGOPヘッダやシーケンスヘッダ等の所定のストリームヘッダに書き込み、後述する動画像復号装置2へ伝送するためのビットストリームを生成する。
The
〔動画像符号化装置〕
図5は、本発明による一実施形態の動画像復号装置2の概略構成を示すブロック図である。動画像復号装置2は、ストリーム入力部21、及び予測復号部22を備える。
[Motion image coding device]
FIG. 5 is a block diagram showing a schematic configuration of a moving
ストリーム入力部21は、動画像符号化装置1から伝送されるビットストリームを入力し、ビットストリームから当該所定グループ単位で当該ヘッダ情報及び当該符号化信号を抽出し、予測復号部22に出力する。
The
予測復号部22は、当該所定グループ単位で当該ヘッダ情報を基に、画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化法を判別し、当該符号化信号に対して予測復号処理を施し、復元した動画像を生成して外部に出力する。
The
これにより、複雑な動きを持つなどの画面間予測符号化処理ではクリティカルな動画像で発生しやすい符号化劣化を抑制することができ、トータルでの主観画質を向上させることができる。 As a result, it is possible to suppress the coding deterioration that tends to occur in a critical moving image in the inter-screen prediction coding process such as having a complicated movement, and it is possible to improve the total subjective image quality.
図6(a)は、或る動画像のフレームの画面間予測符号化処理によって符号化された信号を復号した際の画像例を示す図である。これに対し、図6(b)は当該フレームについて本発明による一実施形態の予測符号化法決定装置10によって画面内予測符号化処理を自動選択し、本発明に係る動画像符号化装置1によって符号化された信号を動画像復号装置2によって復号した際の画像例を示す図である。
FIG. 6A is a diagram showing an image example when a signal encoded by the inter-screen prediction coding process of a frame of a certain moving image is decoded. On the other hand, in FIG. 6B, the in-screen predictive coding process is automatically selected for the frame by the predictive coding
図6(a)に対比して示す図6(b)に示すように、複雑な動きを持つなどの画面間予測符号化処理ではクリティカルな動画像で発生しやすい符号化劣化が抑制されていることが分かる。 As shown in FIG. 6 (b), which is shown in comparison with FIG. 6 (a), the coding deterioration that tends to occur in a critical moving image is suppressed in the inter-screen predictive coding process such as having a complicated movement. You can see that.
以上の実施形態における予測符号化法決定装置10、並びに動画像符号化装置1及び動画像復号装置2は、それぞれコンピューターにより構成することができ、予測符号化法決定装置10の各処理部を機能させるためのプログラムを用いることができる。具体的には、予測符号化法決定装置10、或いは動画像符号化装置1又は動画像復号装置2の各処理部を制御するための制御部をコンピューター内の中央演算処理装置(CPU)で構成でき、且つ、各処理部を動作させるのに必要となるプログラムを適宜記憶する記憶部を少なくとも1つのメモリで構成させることができる。即ち、そのようなコンピューターに、CPUによって該プログラムを実行させることにより、予測符号化法決定装置10、或いは動画像符号化装置1又は動画像復号装置2の各処理部の有する機能を実現させることができる。更に、予測符号化法決定装置10、或いは動画像符号化装置1又は動画像復号装置2の各処理部の有する機能を実現させるためのプログラムを、前述の記憶部(メモリ)の所定の領域に格納させることができる。そのような記憶部は、装置内部のRAM又はROMなどで構成させることができ、或いは又、外部記憶装置(例えば、ハードディスク)で構成させることもできる。また、そのようなプログラムは、コンピューターで利用されるOS上のソフトウェア(ROM又は外部記憶装置に格納される)の一部で構成させることができる。更に、そのようなコンピューターに、予測符号化法決定装置10、或いは動画像符号化装置1又は動画像復号装置2の各処理部として機能させるためのプログラムは、コンピューター読取り可能な記録媒体に記録することができる。また、予測符号化法決定装置10、或いは動画像符号化装置1又は動画像復号装置2の各処理部をハードウェア又はソフトウェアの一部として構成させ、各々を組み合わせて実現させることもできる。
The predictive coding
以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した実施形態の例では、主として、Haarフィルタによる2階ウェーブレットパケット解析処理を用いて周波数解析係数を算出する例を説明したが、Haarフィルタ以外でもよく、更に3階以上のウェーブレットパケット解析処理とすることもできる。 Although the present invention has been described above with reference to examples of specific embodiments, the present invention is not limited to the examples of the above-described embodiments, and can be variously modified without departing from the technical idea. For example, in the example of the above-described embodiment, an example of calculating the frequency analysis coefficient mainly by using the second-order wavelet packet analysis processing by the Haar filter has been described, but the frequency analysis coefficient may be other than the Haar filter, and further, the third-order or higher-order wavelet packet analysis may be performed. It can also be a process.
また、上述した実施形態の例では、主として、予測符号化法決定装置10は、基準画像を当該所定グループ内の先頭フレームとし、判定画像は前記先頭フレーム以外の1つのフレームとし当該マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の全てのフレームの予測符号化法を一括して選択決定する例を説明した。一方で、予測符号化法決定装置10は、基準画像を当該所定グループ内の先頭フレームとし、判定画像は前記先頭フレーム以外の1以上のフレームとした当該マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の各フレームの予測符号化法を逐次選択決定する構成とすることもできる。
Further, in the example of the above-described embodiment, the predictive coding
従って、本発明に係る予測符号化法決定装置10、並びに動画像符号化装置1及び動画像復号装置2は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。
Therefore, the predictive coding
本発明によれば、画面間予測符号化処理ではクリティカルな動画像で発生しやすい符号化劣化を抑制し、トータルでの主観画質を向上させることができるため、画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理の予測符号化法を選択する用途に有用である。 According to the present invention, in the inter-screen predictive coding process, it is possible to suppress the coding deterioration that tends to occur in a critical moving image and improve the total subjective image quality. Therefore, the inter-screen predictive coding process or the in-screen image can be improved. It is useful for selecting a predictive coding method for predictive coding processing.
1 動画像符号化装置
2 動画像復号装置
10 予測符号化法決定装置
11 グループ設定部
12 予測符号化部
13 ストリーム生成部
21 ストリーム入力部
22 予測復号部
101 ウェーブレットパケット解析部
102 マッチング処理部
103 予測符号化法選択決定部
1
Claims (10)
前記予測符号化法の判定対象として予め定めた基準画像及び判定画像を当該所定グループ内から抽出し、p(p≧2)階ウェーブレットパケット解析処理によって、前記基準画像と前記判定画像のそれぞれについて周波数解析係数を算出するウェーブレットパケット解析部と、
前記周波数解析係数における任意の位相位置における各周波数帯域の要素値を特徴量として、前記基準画像と前記判定画像のそれぞれについて画面間マッチング処理を行い、所定の類似度評価指数に基づくマッチング量を算出するマッチング処理部と、
前記マッチング量に基づいて、当該所定グループ内の予測符号化法として画面間予測符号化処理とするか画面内予測符号化処理とするかを選択決定する予測符号化法選択決定部と、
を備えることを特徴とする予測符号化法決定装置。 It is a predictive coding method determination device that automatically selects and determines the predictive coding method in a predetermined group divided into a plurality of screen groups for the moving image before the predictive coding process.
A reference image and a judgment image predetermined as judgment targets of the prediction coding method are extracted from the predetermined group, and the frequency of each of the reference image and the judgment image is obtained by p (p ≧ 2) order wavelet packet analysis processing. Wavelet packet analysis unit that calculates the analysis coefficient, and
Using the element value of each frequency band at an arbitrary phase position in the frequency analysis coefficient as a feature amount, inter-screen matching processing is performed for each of the reference image and the determination image, and the matching amount based on a predetermined similarity evaluation index is calculated. Matching processing unit and
Based on the matching amount, a predictive coding method selection determination unit that selectively determines whether the predictive coding method within the predetermined group is the inter-screen predictive coding process or the in-screen predictive coding process.
A predictive coding method determining device comprising.
該所定グループ内の予測符号化法を自動選択し決定する、請求項1から7のいずれか一項に記載の予測符号化法決定装置と、
該所定グループ内の複数の画面群について、該予測符号化法決定装置によって指示された予測符号化法に基づき画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化処理を施し、該予測符号化処理が施された符号化信号と、該予測符号化法決定装置によって指示された予測符号化法を示すヘッダ情報とを生成する予測符号化部と、
前記符号化信号に対し所定のエントロピー符号化処理を施し、前記ヘッダ情報を所定のストリームヘッダに書き込み、ビットストリームを生成するストリーム生成部と、
を備えることを特徴とする動画像符号化装置。 A group setting unit that inputs a moving image before predictive coding processing, divides it into a plurality of screen groups, and sets a predetermined group divided into the plurality of screen groups.
The predictive coding method determining apparatus according to any one of claims 1 to 7, which automatically selects and determines the predictive coding method in the predetermined group.
A plurality of screen groups in the predetermined group are subjected to interscreen prediction coding processing or prediction coding processing by in-screen prediction coding processing based on the prediction coding method instructed by the prediction coding method determination device. A predictive coding unit that generates a coded signal subjected to predictive coding processing and header information indicating a predictive coding method instructed by the predictive coding method determining device.
A stream generator that performs a predetermined entropy coding process on the coded signal, writes the header information to a predetermined stream header, and generates a bit stream.
A moving image encoding device comprising.
当該所定グループ単位で当該ヘッダ情報を基に、画面間予測符号化処理又は画面内予測符号化処理による予測符号化法を判別し、当該符号化信号に対して予測復号処理を施し、復元した動画像を生成する予測復号部と、
を備えることを特徴とする動画像復号装置。 A stream input unit that inputs a bit stream from the moving image coding device according to claim 8 and extracts the header information and the coded signal from the bit stream in units of the predetermined group.
Based on the header information in the predetermined group unit, the predictive coding method by the inter-screen predictive coding process or the in-screen predictive coding process is determined, the predictive decoding process is performed on the coded signal, and the restored moving image is obtained. A predictive decoding unit that generates an image and
A moving image decoding device.
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