JP7129958B2 - 動画像符号化データ - Google Patents
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Description
実施の形態1.
本実施の形態1では、映像の各フレーム画像を入力として用いて、近接フレーム間で動き補償予測を行い、得られた予測差分信号に対して直交変換・量子化による圧縮処理を施した後、可変長符号化を行ってビットストリームを生成する動画像符号化装置と、そのビットストリームを復号する動画像復号装置について説明する。
なお、符号化制御部3は符号化モードのセットの中から所定の符号化モードを選択可能であるが、この符号化モードのセットは任意であり、例えば以下に示す図2Aまたは図2Bのセットの中から所定の符号化モードを選択可能とする。
mb_mode3は、マクロブロックを4分割し、分割された各サブブロックに異なる符号化モード(sub_mb_mode)を割り当てるモードである。
mb_mode7は、マクロブロックを4分割し、分割された各サブブロックに異なる符号化モード(sub_mb_mode)を割り当てるモードである。
なお、上述したように、フレーム内予測モードの場合、予測パラメータ10および最適予測パラメータ10aにはイントラ予測モードが含まれる。一方、フレーム間予測モードの場合、予測パラメータ18および最適予測パラメータ18aには動きベクトル、各動きベクトルが指す参照画像の識別番号(参照画像インデックス)等が含まれる。
また、圧縮パラメータ20および最適圧縮パラメータ20aには、変換ブロックサイズ、量子化ステップサイズ等が含まれる。
ここでは、符号化モード7がフレーム間予測モードのときに、そのフレーム間予測に係わる動きベクトル、各動きベクトルが指す参照画像の識別番号(参照画像インデックス)等を含む予測パラメータ18を決定する手順を説明する。
補間画像生成部43は、動き補償領域ブロック画像41の所定の動き探索範囲内にある整数画素精度の動きベクトル44に対する予測画像45を生成する。整数画素精度で生成された予測画像45(予測画像17)は、減算部12へ出力され、減算部12により動き補償領域ブロック画像41(マクロ/サブブロック画像5)から差し引かれて予測差分信号13になる。符号化制御部3は、予測差分信号13と整数画素精度の動きベクトル44(予測パラメータ18)とに対して予測効率の評価を行う。予測効率の評価は、例えば下式(1)より予測コストJ1を計算し、所定の動き探索範囲内で予測コストJ1を最小にする整数画素精度の動きベクトル44を決定する。
J1=D1+λR1 (1)
ここでは評価値としてD1,R1を用いることとする。D1は予測差分信号のマクロブロック内またはサブブロック内の絶対値和(SAD)、R1は動きベクトルおよびこの動きベクトルが指す参照画像の識別番号の推定符号量、λは正数である。
PMV=median(MVa,MVb,MVc) (2)
補間画像生成部43は、上記「動きベクトル検出手順I」で決定した整数画素精度の動きベクトルの周囲に位置する1以上の1/2画素精度の動きベクトル44に対し、予測画像45を生成する。以下、上記「動きベクトル検出手順I」と同様に、1/2画素精度で生成された予測画像45(予測画像17)が、減算部12により動き補償領域ブロック画像41(マクロ/サブブロック画像5)から差し引かれ、予測差分信号13を得る。続いて符号化制御部3が、この予測差分信号13と1/2画素精度の動きベクトル44(予測パラメータ18)とに対して予測効率の評価を行い、整数画素精度の動きベクトルの周囲に位置する1以上の1/2画素精度の動きベクトルの中から予測コストJ1を最小にする1/2画素精度の動きベクトル44を決定する。
符号化制御部3と動き補償予測部9とは、1/4画素精度の動きベクトルに対しても同様に、上記「動きベクトル検出手順II」で決定した1/2画素精度の動きベクトルの周囲に位置する1以上の1/4画素精度の動きベクトルの中から予測コストJ1を最小にする1/4画素精度の動きベクトル44を決定する。
以下同様に、符号化制御部3と動き補償予測部9とが、所定の精度になるまで仮想画素精度の動きベクトルの検出を行う。
ここでは、上記「1.予測パラメータの決定手順」にて符号化モード7毎に決定された予測パラメータ18に基づいて生成される予測差分信号13を、変換・量子化処理する際に用いる圧縮パラメータ20(変換ブロックサイズ)を決定する手順を説明する。
なお、それぞれの符号化モードごとに選択可能な変換ブロックサイズのセットは、符号化モードによって均等分割されるサブブロックサイズ以下の任意の矩形ブロックサイズの中から定義することができる。
なお、図5および図6の例では、マクロブロックの符号化モード7に応じて選択可能な変換ブロックサイズのセットを予め決めておき、マクロブロック単位またはサブブロック単位に適応的に選択できるようにしたが、同様にマクロブロックを分割したサブブロックの符号化モード7(図2Bのsub_mb_mode1~8等)に応じて、選択可能な変換ブロックサイズのセットを予め決めておき、サブブロック単位またはサブブロックをさらに分割したブロック単位に適応的に選択できるようにしてもよい。
同様に、符号化制御部3は、図2Aに示す符号化モード7を用いる場合にはその符号化モード7に応じた変換ブロックサイズのセットを予め決めておき、適応的に選択できるようにしておけばよい。
なお、圧縮パラメータ20で1つのマクロブロックまたはサブブロックに対して複数の変換ブロックサイズが選択指定されている場合は、各変換ブロックサイズの変換対象ブロック51を順次、変換部52へ出力する。
なお、変換部52および量子化部54は、圧縮パラメータ20で1つのマクロブロックまたはサブブロックに対して複数の変換ブロックサイズが選択指定されている場合にはそれらすべての変換ブロックサイズに対して上述の変換・量子化処理を行って、各々の圧縮データ21を出力する。
J2=D2+λR2 (3)
ここでは評価値としてD2,R2を用いることとする。D2として、変換ブロックサイズに対して得られた圧縮データ21を逆量子化・逆変換部22へ入力して、圧縮データ21を逆変換・逆量子化処理して得られる局所復号予測差分信号24に予測画像17を加算して得られる局所復号画像信号26と、マクロ/サブブロック画像5との間の二乗ひずみ和等を用いる。R2として、変換ブロックサイズに対して得られた圧縮データ21と、圧縮データ21に係わる符号化モード7および予測パラメータ10,18とを可変長符号化部23で実際に符号化して得られる符号量(または推定符号量)を用いる。
上記「1.予測パラメータの決定手順」および「2.圧縮パラメータの決定手順」によって、符号化制御部3が指示したすべての符号化モード7に対してそれぞれ予測パラメータ10,18および圧縮パラメータ20が決定すると、符号化制御部3は、それぞれの符号化モード7とそのときの予測パラメータ10,18および圧縮パラメータ20を用いて得られる予測差分信号13をさらに変換・量子化して得られる圧縮データ21を用いて、符号化コストJ2が小さくなる符号化モード7を上式(3)より求め、その符号化モード7を当該マクロブロックの最適符号化モード7aとして選択する。
図8は、この発明の実施の形態1に係る動画像復号装置の構成を示すブロック図である。図8に示す動画像復号装置は、ビットストリーム60から、マクロブロック単位に最適符号化モード62をエントロピ復号すると共に、当該復号された最適符号化モード62に応じて分割されたマクロブロックまたはサブブロック単位に最適予測パラメータ63、圧縮データ64、最適圧縮パラメータ65をエントロピ復号する可変長復号部61と、最適予測パラメータ63が入力されると、当該最適予測パラメータ63に含まれるイントラ予測モードとイントラ予測用メモリ77に格納された復号画像74aとを用いて予測画像71を生成するイントラ予測部69と、最適予測パラメータ63が入力されると、当該最適予測パラメータ63に含まれる動きベクトルと、当該最適予測パラメータ63に含まれる参照画像インデックスで特定される動き補償予測フレームメモリ75内の参照画像76とを用いて動き補償予測を行って予測画像72を生成する動き補償予測部70と、復号された最適符号化モード62に応じて、可変長復号部61が復号した最適予測パラメータ63をイントラ予測部69または動き補償予測部70のいずれか一方に入力する切替部68と、最適圧縮パラメータ65を用いて、圧縮データ64に対して逆量子化および逆変換処理を行い、予測差分信号復号値67を生成する逆量子化・逆変換部66と、予測差分信号復号値67に、イントラ予測部69または動き補償予測部70のいずれか一方が出力する予測画像71,72を加算して復号画像74を生成する加算部73と、復号画像74を格納するイントラ予測用メモリ77と、復号画像74をフィルタ処理して再生画像79を生成するループフィルタ部78と、再生画像79を格納する動き補償予測フレームメモリ75とを含む。
なお、復号装置側で復号した最適符号化モード62、最適予測パラメータ63、圧縮データ64、最適圧縮パラメータ65は、符号化装置側で符号化した最適符号化モード7a、最適予測パラメータ10a,18a、圧縮データ21、最適圧縮パラメータ20aに対応するものである。
本実施の形態2では、上記実施の形態1に係る動画像符号化装置の可変長符号化部23の変形例と、同じく上記実施の形態1に係る動画像復号装置の可変長復号部61の変形例を説明する。
図9は、この発明の実施の形態2に係る動画像符号化装置の可変長符号化部23の内部構成を示すブロック図である。なお、図9において図1と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。また、本実施の形態2に係る動画像符号化装置の構成は上記実施の形態1と同じであり、可変長符号化部23を除く各構成要素の動作も上記実施の形態1と同じであるため、図1~図8を援用する。また、説明の便宜上、本実施の形態2では図2Aに示す符号化モードのセットを用いることを前提とした装置構成および処理方法にするが、図2Bに示す符号化モードのセットを用いることを前提とした装置構成および処理方法にも適用可能であることは言うまでもない。
なお、詳細は後述するが、図10の例では、発生頻度の高い符号化モードに小さいインデックス値が割り当てられており、また、2値信号も1ビットと短く設定されている。
例えば、図12中に枠で囲った「確率テーブル番号1」の確率状態(図11よりMPSの発生確率0.527)のときに、「0」または「1」のうち発生確率が低いいずれかのシンボル(LPS:Least Probable Symbol)を符号化したことによって、確率状態は「LPS符号化後の確率遷移」より確率テーブル番号0(図11よりMPSの発生確率0.500)へ遷移することを表す。即ち、LPSが発生したことによって、MPSの発生確率は小さくなっている。
逆に、MPSを符号化すると、確率状態は「MPS符号化後の確率遷移」より確率テーブル番号2(図11よりMPSの発生確率0.550)へ遷移することを表す。即ち、MPSが発生したことによって、MPSの発生確率は大きくなっている。
以下、コンテキスト生成部99によるコンテキスト識別情報の生成手順を説明する。
図13(a)において、黒丸をノード、ノード間を結ぶ線をパスと呼ぶ。二分木の終端ノードには、2値化対象の多値信号のインデックスが割り当てられている。また、紙面上の上から下へ向って、二分木の深さがビン番号に対応し、ルートノードから終端ノードまでの各パスに割り当てられたシンボル(0または1)を結合したビット列が、各終端ノードに割り当てられた多値信号のインデックスに対応する2値信号103になる。二分木の各親ノード(終端ではないノード)に対し、周辺ブロックA,Bの情報に応じて1以上のコンテキスト識別情報が用意されている。
算術符号化処理演算部104は、すべてのビンのシンボルを算術符号化して得られる符号化ビット列111を出力し、可変長符号化部23がビットストリーム30に多重化する。
初期化部90は、符号化制御部3のコンテキスト情報初期化フラグ91による指示に応じて初期化するが、この初期化はスライスの先頭等で行われる。各コンテキスト情報106の初期状態(MPSの値とその発生確率を近似する確率テーブル番号の初期値)については、予め複数のセットを用意しておき、いずれの初期状態を選択するかどうかを符号化制御部3がコンテキスト情報初期化フラグ91に含めて、初期化部90へ指示するようにしてもよい。
可変長符号化部23は、2値化テーブル更新フラグ113をビットストリーム30のスライスヘッダに多重化すればよい。また、可変長符号化部23は、2値化テーブル更新フラグ113が「2値化テーブルの更新あり」を示している場合には、符号化モード、圧縮パラメータ、予測パラメータの2値化テーブルのうち、どの2値化テーブルを更新したかを示す2値化テーブル更新識別情報112をビットストリーム30へ多重化する。
図15は、この発明の実施の形態2に係る動画像復号装置の可変長復号部61の内部構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態2に係る動画像復号装置の構成は上記実施の形態1と同じであり、可変長復号部61を除く各構成要素の動作も上記実施の形態1と同じであるため、図1~図8を援用する。
符号化装置側では、符号化制御部3が保持しているシンタックスに従って、次に符号化すべきパラメータの種別とそのパラメータの値(インデックス値)、即ち種別信号100を可変長符号化部23へ順次出力していくこととなる。
また、確率テーブルメモリ131および状態遷移テーブルメモリ135は、符号化装置側の確率テーブルメモリ97および状態遷移テーブルメモリ98と同じ確率テーブル(図11)および状態遷移テーブル(図12)を格納している。
算術復号処理演算部127は、上記算術復号の結果得られた各ビンのシンボルを結合した2値信号137を、逆2値化部138へ出力する。
なお、復号対象パラメータの種別がマクロブロックの符号化モード(最適符号化モード62)のとき、2値化テーブル139は図10に示した符号化装置側の2値化テーブルと同じである。
本実施の形態3では、上記実施の形態1,2に係る動画像符号化装置および動画像復号装置において、動き補償予測部9の動き補償予測による予測画像の生成処理の変形例を説明する。
上記実施の形態1,2と同様に、本実施の形態3の補間画像生成部43も、動き補償予測フレームメモリ14から1フレーム以上の参照画像15を指定し、動き検出部42が指定された参照画像15上の所定の動き探索範囲内で動きベクトル44を検出する。動きベクトルの検出は、MPEG-4 AVC規格等と同様に、仮想画素精度の動きベクトルによって行う。この検出方法は、参照画像の持つ画素情報(整数画素と呼ぶ)に対し、整数画素の間に内挿演算によって仮想的なサンプル(画素)を作り出し、それを参照画像として利用するものである。
この相関値としては、例えば第1の特徴量と第2の特徴量の間の距離がある。
なお、高周波成分推定部203が出力する高周波成分を加算部206において加算するかしないかを選択的に定める場合は、加算した場合と加算しない場合の両ケースの予測画像45を生成して動き補償予測を行い、その結果を符号化して効率のよいほうを決定する。そして、加算したか否かを示す加算処理の情報は、制御情報としてビットストリーム30へ多重化する。
補間画像生成部43は、動き補償領域ブロック画像41の所定の動き探索範囲内にある整数画素精度の動きベクトル44に対する予測画像45を生成する。整数画素精度で生成された予測画像45(予測画像17)は、減算部12へ出力され、減算部12により動き補償領域ブロック画像41(マクロ/サブブロック画像5)から差し引かれて予測差分信号13になる。符号化制御部3は、予測差分信号13と整数画素精度の動きベクトル44(予測パラメータ18)とに対して予測効率の評価を行う。この予測効率の評価は上記実施の形態1で説明した上式(1)により行えばよいので、説明は省略する。
補間画像生成部43は、上記「動きベクトル検出手順I」で決定した整数画素精度の動きベクトルの周囲に位置する1/2画素精度の動きベクトル44に対し、図16に示す補間画像生成部43内部で生成される仮想画素精度の参照画像207を用いて予測画像45を生成する。以下、上記「動きベクトル検出手順I」と同様に、1/2画素精度で生成された予測画像45(予測画像17)が、減算部12により動き補償領域ブロック画像41(マクロ/サブブロック画像5)から差し引かれ、予測差分信号13を得る。続いて符号化制御部3が、この予測差分信号13と1/2画素精度の動きベクトル44(予測パラメータ18)とに対して予測効率の評価を行い、整数画素精度の動きベクトルの周囲に位置する1以上の1/2画素精度の動きベクトルの中から予測コストJ1を最小にする1/2画素精度の動きベクトル44を決定する。
符号化制御部3と動き補償予測部9とは、1/4画素精度の動きベクトルに対しても同様に、上記「動きベクトル検出手順II」で決定した1/2画素精度の動きベクトルの周囲に位置する1以上の1/4画素精度の動きベクトルの中から予測コストJ1を最小にする1/4画素精度の動きベクトル44を決定する。
以下同様に、符号化制御部3と動き補償予測部9とが、所定の精度になるまで仮想画素精度の動きベクトルの検出を行う。
本実施の形態3に係る動画像復号装置の構成は、上記実施の形態1,2の動き補償予測部70における仮想画素精度の予測画像生成処理に係る構成および動作が異なる以外は、上記実施の形態1,2の動画像復号装置と同じであるため、図1~図16を援用する。
加算部73は、動き補償予測部70から入力された予測画像72を、逆量子化・逆変換部66から入力される予測差分信号復号値67に加算して、復号画像74を生成する。
同様に、実施の形態1~3に係る動画像復号装置をコンピュータで構成する場合、可変長復号部61、逆量子化・逆変換部66、切替部68、イントラ予測部69、動き補償予測部70、動き補償予測フレームメモリ75、イントラ予測用メモリ77、ループフィルタ部78の処理内容を記述している動画像復号プログラムをコンピュータのメモリに格納し、コンピュータのCPUがメモリに格納されている動画像復号プログラムを実行するようにしてもよい。
Claims (1)
- 動画像の画像を分割したマクロブロック毎の符号化モードに応じて当該マクロブロックを複数のブロックに分割し、当該ブロックの単位に圧縮符号化された動画像符号化データであって、
前記動画像符号化データは、マクロブロック毎に決定された符号化モードと、複数のブロックの単位に多重化された識別子と、ブロック単位の情報および当該ブロック単位の圧縮データとを含み構成され、
前記圧縮データは、
前記ブロックから、前記ブロックに対してインター予測処理を行うことで生成された予測画像を減算することにより生成された予測差分信号を、前記符号化モードに応じた変換ブロックサイズセットから選択された、前記ブロックに対する変換ブロックサイズを示す圧縮パラメータに基づいて変換ブロック単位に変換および量子化することにより生成された圧縮データであり、
前記識別子は、
前記圧縮パラメータに対する2値文字列の割り当てを定義する複数の2値化テーブルのうちの1つを特定する識別子であり、
前記ブロック単位の情報は、
前記ブロック毎に、前記識別子により特定された前記2値化テーブルに応じて前記圧縮パラメータを2値化処理することにより取得され、エントロピ符号化された2値文字列を有する情報であり、
動画像復号装置が、
前記符号化モードおよび前記識別子を復号し、
前記ブロック単位の情報から、前記2値文字列を復号し、
前記識別子に基づいて、前記圧縮パラメータに対する2値文字列の割り当てを定義する複数の2値化テーブルから1つのテーブルを特定し、
前記特定された2値化テーブルに基づいて、前記2値文字列を逆2値化処理することにより前記圧縮パラメータを取得し、
前記符号化モードおよび前記圧縮パラメータに基づいて、前記ブロックの圧縮データにおける各変換ブロックを特定し、前記圧縮データに対して当該変換ブロック単位に逆変換および逆量子化を行い予測差分信号を算出するとともに、前記予測差分信号と、復号済みの画像を参照して生成した予測画像とに基づいて、動画像を生成する処理、に用いられるものである動画像符号化データ。
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