KR101349599B1 - 동화상 복호 장치 - Google Patents

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Abstract

매크로 블록 사이즈 결정부(1)는 프레임 단위로 매크로 블록의 사이즈를 결정한다. 매크로 블록 분할부(2)는 매크로 블록 사이즈 결정부(1)에 의해서 결정된 사이즈의 매크로 블록으로 입력 화상을 분할한다. 매크로 블록 부호화부(3)는, 매크로 블록 분할부(2)에서 분할된 매크로 블록에 대하여, 매크로 블록마다 부호화 모드를 결정하고, 결정한 부호화 모드에 의해 매크로 블록 내의 화소값을 부호화한다.

Description

동화상 복호 장치{DYNAMIC IMAGE DECODING DEVICE}
본 발명은 동화상을 직사각형 영역으로 분할하여, 직사각형 영역 단위로 부호화를 행하는 동화상 부호화 장치와, 부호화된 동화상을 직사각형 영역 단위로 복호하는 동화상 복호 장치에 관한 것이다.
종래의 화상 신호를 부호화 또는 복호하는 방식으로서, MPEG-4(Moving Picture Experts Group Phase-4) 비주얼(ISO/IEC 14496-2)이 있다. MPEG-4는, 동화상 시퀀스를 시간/공간적으로 임의의 형상을 취하는 동화상 오브젝트의 집합체로서 파악하여, 각 동화상 오브젝트를 단위로 해서 부호화·복호화를 행하는 방식이다.
MPEG-4에서는 시간축을 포함한 동화상 오브젝트를 Video Object라고 부르고, Video Object의 구성 요소를 Video Object Layer(VOL)라고 부르고, VOL의 구성 요소를 Group of Video Object Plane(GOV)라고 부르며, GOV의 각 시각의 상태를 나타내고 부호화의 단위로 이루어지는 화상 데이터를 Video Object Plane(VOP)라고 부른다. 직사각형 형상의 오브젝트를 취급하는 경우에는, VOP는 프레임에 상당한다. VOP는 피부호화 영역의 단위인 매크로 블록마다 부호화된다. 매크로 블록은 16화소×16라인 고정의 직사각형 블록이다. 매크로 블록은 8화소×8라인의 블록으로 더 분할되고, 매크로 블록 단위 또는 8화소×8라인 사이즈의 블록 단위에서의 움직임 보상 예측을 행한다.
움직임 보상 예측의 블록 사이즈의 선택은 매크로 블록 단위로 전환할 수 있다. 또한, 대상으로 하는 매크로 블록의 부호화를 행할지 여부를 매크로 블록 단위로 선택할 수 있다. 대상으로 하는 매크로 블록의 부호화를 행하지 않는 경우(비부호화 모드)에는, 1프레임 전의 동(同) 위치(바로 뒤)의 매크로 블록의 복호 데이터가 이용된다. 대상으로 하는 매크로 블록의 부호화를 행하는 경우에는, 움직임 보상 예측을 행할지(인터 부호화 모드), 또는 움직임 보상 예측에 의한 프레임간 예측을 행하지 않고 프레임 내의 정보만으로 부호화를 행할지(인트라 부호화 모드)를 매크로 블록 단위로 선택할 수 있다.
또한, 부호화 처리에서의 블록 분할에 있어서, 복수의 사이즈의 매크로 블록으로 분할할 수 있도록 하여, 화상 중의 화질의 중요도가 높은 부분에서는 그 사이즈를 작게 하고, 중요도가 낮은 부분에서는 그 사이즈를 크게 하도록 한 것이 있었다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성 제11-146367호 공보
이러한 종래의 화상 부호화·복호화 방식에서는, 매크로 블록 사이즈가 고정이기 때문에, 화상의 해상도나 화상의 내용(화상 패턴의 미세함, 움직임이 심함 등)에 따라 매크로 블록 사이즈를 적응적으로 전환할 수 없다고 하는 문제점이 있었다. 특히 화상의 해상도가 높아진 경우에는, 종래의 화상 부호화·복호화 방식에서 채용되어 있는 고정의 매크로 블록 사이즈에서는, 매크로 블록이 커버하는 영역이 국소화되어, 주변 매크로 블록에서 동일한 부호화 모드로 되거나, 동일한 움직임 벡터를 갖는 경우가 발생한다. 이러한 경우에는 예측 효율이 높아지지 않음에도 불구하고, 매크로 블록마다 부호화되는 부호화 모드 정보나 움직임 벡터 정보 등의 오버헤드(overhead)가 늘어나기 때문에, 부호화 효율 전체로서는 저하한다.
해상도가 낮은 화상이더라도, 움직임이 적은 화상이나 프레임 내에서 움직임이 일정한 화상의 경우에는, 주변 매크로 블록에서 동일한 부호화 모드(비부호화 모드)로 되거나, 동일한 움직임 벡터를 갖는 경우가 발생한다. 또한, 일반적으로 매크로 블록의 사이즈가 큰 경우에는, 부호화 모드 등의 매크로 블록 단위로 필요한 오버헤드에 관한 정보량을 적게 할 수 있다. 그러나, 매크로 블록 사이즈보다 작은 사이즈의 영역 단위에서의 부호화 모드의 전환을 할 수 없기 때문에, 움직임이 심한 영역, 움직임이 다른 (인물과 배경 등) 영역의 경계 부근에서의 예측 효율이 저하하여, 부호화 효율이 저하한다. 반대로 매크로 블록의 사이즈가 작은 경우에는, 매크로 블록 수가 늘어나, 부호화 모드 등의 오버헤드의 정보량은 늘어나지만, 움직임이 심한 영역, 움직임이 다른 (인물과 배경 등) 영역의 경계 부근에서는 적응적으로 부호화 모드의 전환을 할 수 있기 때문에, 예측 효율이 향상하여, 부호화 효율이 향상한다.
또한, 상기의 종래의 특허 문헌 1에 기재된 기술에서는, 프레임 내에서 적응적으로 사이즈를 전환하기 때문에, 직사각형 사이즈 정보의 부호량이 많다고 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 화상의 해상도나 화상의 내용에 따라, 적응적으로 직사각형 영역 사이즈를 전환하여 부호화할 수 있고, 또한, 이것에 의한 부호화 화상으로 직사각형 사이즈 정보의 증가를 억제할 수 있는 동화상 부호화 장치 및 동화상 복호 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 동화상 부호화 장치는, 프레임 단위 또는 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 직사각형 영역의 사이즈를 결정하는 직사각형 영역 사이즈 결정 수단과, 직사각형 영역 사이즈 결정 수단에 의해서 결정된 사이즈의 직사각형 영역에 입력 화상을 분할하는 직사각형 영역 분할 수단과, 직사각형 영역마다 부호화 모드를 결정하여, 결정한 부호화 모드에 의해 직사각형 영역 내의 화소값을 부호화하는 직사각형 영역 부호화 수단을 구비한 것이다.
본 발명의 동화상 부호화 장치는, 프레임 단위 또는 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 직사각형 영역의 사이즈를 결정하도록 했기 때문에, 적응적으로 직사각형 영역 사이즈를 전환하여 부호화할 수 있고, 또한, 이것에 의한 부호화 화상으로 직사각형 사이즈 정보의 증가를 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 동화상 부호화 장치를 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 실시예 1의 동화상 부호화 장치에서의 움직임 보상의 단위로 되는 영역 분할예(그 1)를 나타내는 설명도,
도 3은 본 발명의 실시예 1의 동화상 부호화 장치에서의 움직임 보상의 단위로 되는 영역 분할예(그 2)를 나타내는 설명도,
도 4는 본 발명의 실시예 1의 동화상 부호화 장치에서의 움직임 벡터 검출의 설명도,
도 5는 본 발명의 실시예 1의 동화상 부호화 장치에서의 인트라 예측의 설명도,
도 6은 본 발명의 실시예 1의 동화상 부호화 장치에서의 매크로 블록 사이즈 정보의 변경을 슬라이스 단위(units of slices)로 한 경우의 설명도,
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 동화상 복호 장치를 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해서, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 첨부의 도면에 따라 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 동화상 부호화 장치를 나타내는 구성도이다.
도면에 있어서, 동화상 부호화 장치는 매크로 블록 사이즈 결정부(직사각형 영역 사이즈 결정 수단)(1), 매크로 블록 분할부(직사각형 영역 분할 수단)(2), 매크로 블록 부호화부(직사각형 영역 부호화 수단)(3), 엔트로피 부호화부(직사각형 영역 사이즈 정보 다중화 수단)(4)를 구비하고 있다. 또한, 매크로 블록 부호화부(3)는 부호화 모드 결정부(부호화 모드 결정 수단)(5), 움직임 보상 영역 분할부(움직임 보상 영역 분할 수단)(6), 움직임 검출부(움직임 검출 수단)(7), 움직임 보상부(움직임 보상 수단)(8), 감산기(9), 블록 분할부(블록 분할 수단)(10), 변환 양자화부(변환 양자화 수단)(11), 역양자화 역변환부(12), 가산기(13), 참조 화상 메모리(14), 인트라 예측 블록 분할부(화면내 예측 블록 분할 수단)(15), 인트라 예측부(화면내 예측 수단)(16)를 구비하고 있다.
매크로 블록 사이즈 결정부(1)는, 프레임 단위로 매크로 블록의 사이즈를 결정하여, 이것을 매크로 블록 사이즈 지시 정보(직사각형 영역 사이즈 정보)(102)로서 출력하는 기능부이다. 매크로 블록 분할부(2)는 매크로 블록 사이즈 결정부(1)에서 결정된 사이즈의 매크로 블록으로 입력 화상(101)을 분할하는 기능부이다. 매크로 블록 부호화부(3)는 매크로 블록마다 부호화 모드를 결정하여, 그 결정한 부호화 모드에 의해 매크로 블록 내의 화소값을 부호화하는 기능을 갖고 있다. 엔트로피 부호화부(4)는 매크로 블록 사이즈 결정부(1)에서 결정된 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)와, 블록 사이즈 지시 정보(108)와, 부호화 모드 결정부(5)로부터 출력된 부호화 모드 정보(106)와, 변환 양자화부(11)에서 구해진 계수 데이터(109)와, 움직임 검출부(7)에서 구해진 움직임 벡터 정보(107)를 비트 스트림(103)에 다중화하는 기능을 갖고 있다.
부호화 모드 결정부(5)는 매크로 블록마다 부호화 모드를 결정하는 기능부이다. 움직임 보상 영역 분할부(6)는 매크로 블록 내를 부호화 모드 결정부(5)가 정하는 영역으로 분할하는 기능부이다. 움직임 검출부(7)는 움직임 보상 영역 분할부(6)에 의해서 분할된 영역 단위로 움직임 검출을 행하는 기능부이다. 움직임 보상부(8)는 움직임 검출부(7)에 의해서 얻어지는 움직임 벡터 정보(107)를 이용하여 움직임 보상 예측을 행해서 예측 화상을 얻는 기능부이다. 감산기(9)는 움직임 보상부(8)에서 얻어진 예측 화상과 입력 화상의 화소값의 차분을 얻기 위한 감산기이다. 블록 분할부(10)는 감산기(9)에서 얻어진 화소값의 차분을 매크로 블록 단위의 예측 오차 화상으로서 취득함과 아울러, 입력 화상 또는 예측 오차 화상의 매크로 블록 내를 블록 사이즈 지시 정보(108)에 근거하여, 미리 결정된 사이즈의 직사각형 블록으로 분할하는 기능부이다.
변환 양자화부(11)는 블록 분할부(10)에서 분할된 블록 단위로 직교 변환 처리 및 양자화를 행하여 계수 데이터(109)를 출력하는 기능부이다. 역양자화 역변환부(12)는 변환 양자화부(11)로부터 출력된 계수 데이터(109)에 근거하여, 역양자화 역변환을 행해서 복호 예측 오차 화상을 얻기 위한 기능부이다. 가산기(13)는 역양자화 역변환부(12)에서 얻어진 복호 예측 오차 화상과 움직임 보상부(8)에서 구한 예측 화상을 가산하여 복호 화상을 얻기 위한 가산기이다. 참조 화상 메모리(14)는 가산기(13)로부터 출력된 복호 화상을 참조 화상으로서 저장하는 메모리이다.
다음에, 실시예 1의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 입력 화상(101)이 매크로 블록 분할부(2)로 입력되고, 프레임 단위로 결정되는 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)에 근거하여 소정의 매크로 블록 사이즈로 분할된다. 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)는, 예컨대, 16화소×16라인, 32화소×32라인 중 어느 하나의 사이즈를 선택 가능한 정보이며, 이것에 대해서는 후술한다. 여기서 지정된 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)는 엔트로피 부호화부(4)에 입력되고, 엔트로피 부호화되어 비트 스트림(103)에 다중화된다.
매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)는 매크로 블록 사이즈 결정부(1)로부터 출력된다. 매크로 블록 사이즈 결정부(1)에서는, 프레임간 차분을 산출하여 프레임간 차분이 작은 경우에는 32화소×32라인의 매크로 블록을 채용하고, 프레임간 차분이 큰 경우에는 16화소×16라인의 매크로 블록을 채용한다. 또한, 제 2 방법으로서는, 32화소×32라인 단위에서의 움직임 검출과 16화소×16라인 단위에서의 움직임 검출을 행하여, 각각 예측 오차를 산출해서, 예측 오차가 작은 사이즈를 매크로 블록 사이즈로서 채용한다. 또한, 제 3 방법으로서는, 32화소×32라인 단위 및 16화소×16라인 단위로 화소값의 분산을 산출하여, 분산의 프레임내 평균이 작은 사이즈를 매크로 블록 사이즈로서 채용한다. 또한 이들 복수의 방법을 조합시키고 결정하더라도 좋다.
또, 제 4 방법으로서는, 소정의 해상도보다도 높은 해상도의 경우에는 32화소×32라인을 채용하고, 소정의 해상도보다도 낮은 해상도의 경우에는 16화소×16라인을 채용하는 등, 화상의 해상도에 따라 자동적으로 결정하더라도 좋다. 이 경우, 해상도에 따라 매크로 블록 사이즈가 결정되기 때문에, 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)를 비트 스트림(103)에 다중화할 필요가 없다.
또한, 이용 형태에 따라 이용 가능한 부호화 파라미터의 조합을 미리 정한 정보(프로파일이라고 부름)에 의해서 미리 매크로 블록 사이즈를 정해 두고, 선택한 프로파일에 의해서 자동적으로 매크로 블록 사이즈를 결정하더라도 좋다.
매크로 블록으로 분할된 입력 화상(101)은 매크로 블록마다 결정되는 부호화 모드에 따라, 매크로 블록 부호화부(3) 내의 움직임 보상 영역 분할부(6), 인트라 예측 블록 분할부(15), 블록 분할부(10) 중 어느 하나에 입력된다.
매크로 블록마다 결정되는 부호화 모드에는, 매크로 블록 타입 정보, 움직임 보상 영역 형상 정보(104), 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)가 포함된다. 매크로 블록 타입 정보란, 화면간 예측 부호화를 행하는 모드(인터 모드), 화면내 부호화를 행하는 모드(인트라 모드), 화면내 예측 부호화를 행하는 모드(인트라 예측 모드)를 선택할 수 있는 정보이다. 이들 모드의 선택은 부호화 모드 결정부(5)에서 행하여지지만, 이들 모드의 선택 방법에 대해서는 본 발명의 특징점과는 직접 관계가 없기 때문에, 여기서의 설명은 생략한다.
부호화 모드 결정부(5)에서는, 상기 부호화 모드의 각각에 관하여 더욱 상세한 부호화 모드가 결정된다. 즉, 인터 모드일 때에는, 움직임 보상을 행하는 단위를 나타내는 움직임 보상 영역 형상 정보(104), 인트라 예측 모드일 때에는, 인트라 예측을 행하는 단위를 나타내는 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)가 결정된다. 또한, 각각의 정보의 내용에 대해서는 후술한다. 또한, 부호화 모드 결정부(5)에서 결정된 각종 부호화 모드는, 부호화 모드 정보(106)로서 엔트로피 부호화부(4)에 인가되고, 엔트로피 부호화부(4)에 의해, 매크로 블록마다 부호화되어 비트 스트림에 다중화된다.
우선, 인터 모드가 선택된 경우에 대하여 설명한다.
매크로 블록 분할부(2)에서 매크로 블록으로 분할된 입력 화상은, 움직임 보상 영역 분할부(6)에 입력되고, 부호화 모드 결정부(5)에서 선택된 움직임 보상 영역 형상 정보(104)에 근거하여, 움직임 보상의 단위로 되는 영역 형상으로 분할된다.
도 2 및 도 3에 움직임 보상의 단위로 되는 영역 분할예를 나타낸다.
매크로 블록 사이즈가 16화소×16라인인 경우에는, 도 2에 나타내는 (a) 내지 (d)의 영역 중 어느 하나(16화소×16라인, 8화소×16라인, 16화소×8라인, 8화소×8라인)로 분할되고, (d)의 영역으로 분할된 경우에는 8화소×8라인의 각 블록은 도 2의 (e) 내지 (h) 중 어느 하나(8화소×8라인, 4화소×8라인, 8화소×4라인, 4화소×4라인)로 분할할 수도 있다. 매크로 블록 사이즈가 32화소×32라인인 경우에는, 16화소×16라인의 매크로 블록 사이즈일 때와 마찬가지로, 도 2에 나타내는 (a) 내지 (d)의 영역 중 어느 하나로 분할하더라도 좋지만, 다른 예로서, 도 3에 나타내는 (j) 내지 (k) 중 어느 하나(32화소×32라인, 16화소×32라인, 32화소×16라인, 16화소×16라인)로 분할하고, (k)의 영역으로 분할된 경우에는, 16화소×16라인의 각 블록을 도 2의 (a) 내지 (d) 중 어느 하나로 분할할 수도 있다. 이들의 분할 방법을 지시하는 정보가 움직임 보상 영역 형상 정보(104)이다. 상술한 바와 같이, 움직임 보상 영역 형상 정보(104)는 매크로 블록 사이즈에 의해서 선택 가능한 영역 형상을 전환하더라도 좋다.
움직임 보상의 단위로 되는 영역 형상으로 분할된 입력 화상은, 움직임 검출부(7)에 입력되고, 참조 화상 메모리(14)에 저장되어 있는 1장 이상의 참조 화상을 이용하여 움직임 검출이 행하여진다. 움직임 검출부(7)에서는, 움직임 보상 영역 분할부(6)에서 결정된 영역 단위로 참조 화상의 소정의 범위를 탐색하여 최적의 움직임 벡터를 검출한다. 도 4는 이러한 움직임 벡터 검출의 설명도이다. 또한, 움직임 벡터 검출 동작에 대해서는 공지이기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략한다.
움직임 검출부(7)로부터 얻어지는 움직임 벡터 정보(107)는 엔트로피 부호화부(4)에 입력되고, 엔트로피 부호화되어 비트 스트림(103)에 다중화됨과 아울러, 움직임 보상부(8)로 입력된다. 움직임 보상부(8)에서는, 참조 화상 메모리(14)에 저장되어 있는 참조 화상과, 움직임 검출부(7)로부터의 움직임 벡터 정보(107)를 이용하여 예측 화상의 생성을 행한다. 움직임 보상부(8)로부터 얻어지는 예측 화상은, 감산기(9)에 의해서, 매크로 블록으로 분할된 입력 화상과의 차분이 구해지고, 이 차분이 예측 오차 화상으로서 블록 분할부(10)로 입력된다. 블록 분할부(10)에서는, 블록 사이즈 지시 정보(108)에 근거하여, 변환(DCT와 같은 직교 변환) 및 양자화의 단위로 되는 블록으로 분할한다.
블록 사이즈 지시 정보(108)는, 예컨대, 8화소×8라인, 4화소×4라인 중 어느 하나를 선택 가능한 정보이다. 또한, 다른 예로서는, 선택 가능한 블록 사이즈 지시 정보(108)를 매크로 블록 사이즈에 의해서 전환하더라도 좋다. 예컨대 16화소×16라인의 매크로 블록의 경우, 블록 사이즈 지시 정보(108)는 8화소×8라인, 4화소×4라인을 선택 가능한 정보로 하고, 32화소×32라인의 매크로 블록인 경우, 블록 사이즈 지시 정보(108)는 16화소×16라인, 8화소×8라인을 선택 가능한 정보로 한다. 선택한 블록 사이즈 지시 정보(108)는 엔트로피 부호화부(4)에 입력되어, 엔트로피 부호화되어 비트 스트림(103)에 다중화된다.
또 다른 예로서는, 블록 사이즈는 매크로 블록 사이즈에 따라 정하더라도 좋다. 예컨대 16화소×16라인의 매크로 블록인 경우에는, 블록 사이즈를 4화소×4라인으로 하고, 32화소×32라인의 매크로 블록인 경우에는, 블록 사이즈를 8화소×8라인으로 한다. 이 경우, 매크로 블록 사이즈에 따라 블록 사이즈가 결정되기 때문에, 블록 사이즈 지시 정보를 비트 스트림(103)에 다중화할 필요가 없다.
블록으로 분할된 예측 오차 화상은 변환 양자화부(11)로 입력되어 직교 변환 및 양자화가 행하여진다. 직교 변환 및 양자화 처리의 결과, 얻어지는 계수 데이터(109)는 엔트로피 부호화부(4)에서 엔트로피 부호화되어 비트 스트림(103)에 다중화된다. 또, 변환 양자화부(11)로부터 얻어지는 계수 데이터(109)는 역양자화 역변환부(12)로 입력되어, 역양자화·역변환이 행하여져, 복호 예측 오차 화상이 얻어진다. 복호 예측 오차 화상은 움직임 보상부(8)로부터 얻어지는 예측 화상과 가산기(13)에서 가산되어 복호 화상으로서 출력된다. 복호 화상은 이후의 입력 화상의 부호화에 있어서, 참조 화상으로서 사용되기 때문에, 참조 화상 메모리(14)에 저장된다.
다음에, 인트라 모드가 선택된 경우에 대하여 설명한다.
매크로 블록 분할부(2)에서 매크로 블록으로 분할된 입력 화상은 블록 분할부(10)로 입력된다. 블록 분할부(10)의 동작은 인터 모드일 때와 마찬가지이다. 블록으로 분할된 입력 화상은 변환 양자화부(11)에서 직교 변환 및 양자화가 행하여진다. 직교 변환 및 양자화 처리의 결과, 얻어지는 계수 데이터(109)는 엔트로피 부호화부(4)로 엔트로피 부호화되어 비트 스트림(103)에 다중화된다. 또, 변환 양자화부(11)로부터 얻어지는 계수 데이터(109)는 역양자화 역변환부(12)에 입력되어 역양자화·역변환이 행하여져, 복호 화상이 얻어진다. 복호 화상은 이후의 입력 화상의 부호화에서 참조 화상으로서 사용되기 때문에, 참조 화상 메모리(14)에 저장된다.
다음에, 인트라 예측 모드가 선택된 경우에 대하여 설명한다.
매크로 블록 분할부(2)에서 매크로 블록으로 분할된 입력 화상은 인트라 예측 블록 분할부(15)에 입력된다. 인트라 예측 블록 분할부(15)에서는, 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)에 근거하여, 인트라 예측의 단위로 되는 블록으로 분할한다. 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)는 16화소×16라인, 4화소×4라인 중 어느 하나를 선택 가능한 정보이다. 다른 예로서는, 선택 가능한 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)를 매크로 블록 사이즈에 따라 전환하더라도 좋다. 예컨대 16화소×16라인의 매크로 블록인 경우, 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)는 16화소×16라인, 4화소×4라인을 선택 가능한 정보로 하고, 32화소×32라인의 매크로 블록인 경우, 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)는 32화소×32라인, 8화소×8라인을 선택 가능한 정보로 한다.
인트라 예측 블록 분할부(15)에서 블록으로 분할된 입력 화상은 인트라 예측부(16)로 입력되어 인트라 예측이 행하여진다. 인트라 예측에 대해서는 공지이기 때문에, 여기서는 상세한 설명은 생략하지만, 도 5에 도시하는 바와 같이, 부호화 대상 블록 내의 각 화소값을 부호화 완료된 주변 블록(도 5의 A 내지 D)의 화소값으로부터 예측한 예측 화상을 생성한다. 인트라 예측부(16)로부터 얻어진 예측 화상과 매크로 블록으로 분할된 입력 화상의 차분을 감산기(9)에서 구하고, 이 차분이 예측 오차 화상으로서 블록 분할부(10)에 입력된다. 블록 분할부(10)의 동작은 인터 모드일 때와 마찬가지이다.
블록으로 분할된 예측 오차 화상은 변환 양자화부(11)로 입력되어, 직교 변환 및 양자화가 행하여진다. 직교 변환 및 양자화 처리의 결과 얻어지는 계수 데이터(109)는 엔트로피 부호화부(4)에서 엔트로피 부호화되어, 비트 스트림(103)에 다중화된다. 또, 변환 양자화부(11)로부터 얻어지는 계수 데이터(109)는 역양자화 역변환부(12)에 입력되어 역양자화·역변환이 행하여져, 복호 예측 오차 화상이 얻어진다. 복호 예측 오차 화상은 인트라 예측부(16)로부터 얻어지는 예측 화상과 가산기(13)에서 가산되어 복호 화상으로서 출력된다. 복호 화상은 이후의 입력 화상의 부호화에서, 참조 화상으로서 사용되기 때문에, 참조 화상 메모리(14)에 저장된다.
이상의 실시예에서는, 프레임 단위로 매크로 블록 사이즈 정보를 변경할 수 있도록 했지만, 도 6에 나타내는 예와 같이 1프레임 내를 복수의 매크로 블록의 집합(슬라이스라고 부름)으로 분할한 단위로 변경할 수 있도록 하더라도 좋다. 부호화 처리에 대해서는, 1슬라이스를 1프레임으로 간주하고, 이상의 실시예에서 설명한 바와 같이 실행하면 된다. 이 때에는, 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)는 슬라이스 단위로 비트 스트림(103)에 다중화된다.
또한, 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 매크로 블록 사이즈 정보를 변경할 수 있도록 하더라도 된다. 이 때에는, 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)는 시퀀스 단위로 비트 스트림(103)에 다중화된다.
또한, 변형예로서는, 프레임 단위로 변경할지 또는 시퀀스 단위로 변경할지를 선택하더라도 좋다. 이 때에는 프레임 단위로 변경할지 여부의 정보를 시퀀스 단위로 비트 스트림(103)에 다중화하여, 프레임 단위로 변경하는 것이 선택된 경우에 프레임 단위로 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)를 비트 스트림(103)에 다중화하고, 시퀀스 단위로 변경하는 것이 선택된 경우에는 시퀀스 단위로 매크로 블록 사이즈 지시 정보(102)를 비트 스트림(103)에 다중화한다.
이상과 같이, 실시예 1의 동화상 부호화 장치에 의하면, 동화상을 직사각형 영역으로 분할하여, 직사각형 영역 단위로 부호화를 행하는 동화상 부호화 장치에 있어서, 프레임 단위 또는 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 직사각형 영역의 사이즈를 결정하는 직사각형 영역 사이즈 결정 수단과, 직사각형 영역 사이즈 결정 수단에 의해서 결정된 사이즈의 직사각형 영역으로 입력 화상을 분할하는 직사각형 영역 분할 수단과, 직사각형 영역마다 부호화 모드를 결정하여, 결정한 부호화 모드에 의해 직사각형 영역 내의 화소값을 부호화하는 직사각형 영역 부호화 수단을 구비했기 때문에, 화상의 내용(움직임이 심함이나 화상의 패턴의 미세함 등)이나 해상도, 프로파일에 따라 적절한 직사각형 영역 사이즈를 선택할 수 있어, 부호화 효율을 향상시킬 수 있음과 아울러, 직사각형 사이즈 정보의 부호량으로서, 예컨대, 1프레임 또는 1시퀀스에 대하여 수 비트의 부호량밖에 걸리지 않는 등, 직사각형 사이즈 정보의 추가에 의한 부호량의 증가를 작게 할 수 있다.
또한, 실시예 1의 동화상 부호화 장치에 의하면, 직사각형 영역 사이즈 결정 수단에 의해서 정해진 직사각형 영역 사이즈 정보를 비트 스트림에 다중화하는 직사각형 영역 사이즈 정보 다중화 수단을 구비했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈를 화상의 특징 등에 따라 적응적으로 전환할 수 있다.
또한, 실시예 1의 동화상 부호화 장치에 의하면, 직사각형 영역 사이즈 결정 수단은, 입력 화상의 해상도에 따라 직사각형 영역 사이즈를 결정하도록 했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈 정보를 비트 스트림에 다중화할 필요가 없어, 처리의 오버헤드를 줄일 수 있다.
또한, 실시예 1의 동화상 부호화 장치에 의하면, 직사각형 영역 부호화 수단은, 직사각형 영역마다 부호화 모드를 결정하는 부호화 모드 결정 수단과, 직사각형 영역 내를, 부호화 모드 결정 수단이 정하는 영역으로 분할하는 움직임 보상 영역 분할 수단과, 움직임 보상 영역 분할 수단에 의해서 분할된 영역 단위로 움직임 검출을 행하는 움직임 검출 수단과, 움직임 검출 수단에 의해서 얻어지는 움직임 벡터 정보를 이용하여 움직임 보상 예측을 행해서 예측 화상을 얻는 움직임 보상 수단과, 예측 화상과 직사각형 영역 내의 화소값의 차분을 직사각형 영역 단위의 예측 오차 화상으로서 취득함과 아울러, 입력 화상 또는 예측 오차 화상의 직사각형 영역 내를 미리 정해진 사이즈의 직사각형 블록으로 분할하는 블록 분할 수단과, 블록 분할 수단에서 분할된 블록 단위로 직교 변환 처리 및 양자화를 행하는 변환 양자화 수단을 구비했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈마다 결정되는 부호화 모드로서 화면간 예측 부호화를 행하는 인터 모드의 경우도 대응할 수 있다.
또한, 실시예 1의 동화상 부호화 장치에 의하면, 직사각형 영역 부호화 수단은, 직사각형 영역 내를 부호화 모드가 정하는 직사각형 블록으로 분할하는 화면내 예측 블록 분할 수단과, 화면내 예측 블록 분할 수단에 의해서 분할된 직사각형 블록 단위로 화면내 예측을 행하여 예측 화상을 얻는 화면내 예측 수단과, 예측 화상과 직사각형 영역 내의 화소값의 차분으로서 직사각형 영역 단위의 예측 오차 화상을 취득함과 아울러, 입력 화상 또는 예측 오차 화상의 직사각형 영역 내를 미리 정해진 사이즈의 직사각형 블록으로 분할하는 블록 분할 수단과, 블록 분할 수단에 의해서 분할된 블록 단위로 양자화 및 직교 변환 처리를 행하는 변환 양자화 수단을 구비했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈마다 결정되는 부호화 모드로서 화면내 예측 부호화를 행하는 인트라 예측 모드의 경우도 대응할 수 있다.
(실시예 2)
실시예 2는, 프레임 단위로 다른 매크로 블록 사이즈를 선택하여 부호화된 비트 스트림을 복호하는 동화상 복호 장치로 있다.
도 7은 실시예 2에 따른 동화상 복호 장치의 구성도이다.
도면에 있어서, 동화상 복호 장치는 엔트로피 복호부(21)와 매크로 블록 복호부(직사각형 영역 복호 수단)(22)를 구비하고 있다. 여기서, 엔트로피 복호부(21)는 입력 비트 스트림(201)에 대하여 엔트로피 복호를 행하는 처리부이며, 프레임 단위 또는 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 직사각형 영역의 사이즈를 결정하는 직사각형 영역 사이즈 결정 수단과, 직사각형 영역 단위로 정해지는 부호화 모드를 복호하는 부호화 모드 복호 수단과, 움직임 보상 영역 단위로 움직임 벡터 정보를 복호하는 움직임 벡터 정보 복호 수단과, 역양자화·역직교 변환을 행하는 단위로 되는 직사각형 블록 사이즈를 결정하는 블록 사이즈 결정 수단을 실현하고 있다.
또한, 매크로 블록 복호부(22)는 부호화 모드 전환부(23), 움직임 보상 영역 분할부(움직임 보상 영역 분할 수단)(24), 움직임 보상부(움직임 보상 수단)(25), 참조 화상 메모리(26), 역양자화 역변환부(역양자화 역변환 수단)(27), 가산기(28), 인트라 예측 블록 분할부(29), 인트라 예측부(화면내 예측 수단)(30)로 이루어진다.
부호화 모드 전환부(23)는 매크로 블록 타입 정보(204)에 근거하여, 부호화 모드를 전환하기 위한 기능부이다. 움직임 보상 영역 분할부(24)는 매크로 블록 내를, 움직임 보상 영역 형상 정보(206)가 정하는 영역으로 분할하는 기능부이다. 움직임 보상부(25)는 움직임 벡터 정보(207)를 이용하여 움직임 보상 예측을 행해서 예측 화상을 얻기 위한 기능부이다. 역양자화 역변환부(27)는 블록 사이즈 지시 정보(203)에 근거하여, 계수 데이터(208)를 매크로 블록 단위로 역양자화 및 역직교 변환 처리를 행해서 예측 오차 화상을 구하기 위한 기능부이다. 가산기(28)는 역양자화 역변환부(27)로부터 출력된 예측 오차 화상과 움직임 보상부(25)로부터 출력된 예측 화상을 가산하여 복호 화상(209)을 얻기 위한 가산기이다. 또한, 참조 화상 메모리(26)는 복호 화상(209)을 참조 화상으로서 저장하기 위한 메모리이다.
다음에, 실시예 2의 동작에 대하여 설명한다.
우선, 입력 비트 스트림(201)이 엔트로피 복호부(21)로 입력되어, 매크로 블록 사이즈 지시 정보(202), 블록 사이즈 지시 정보(203), 부호화 모드(매크로 블록 타입 정보(204), 인트라 예측 블록 사이즈 정보(205), 움직임 보상 영역 형상 정보(206)), 움직임 벡터 정보(207), 계수 데이터(208)가 복호된다. 또한, 매크로 블록 사이즈 지시 정보(202)는 프레임 단위로 복호되는 정보이며, 부호화 모드는 매크로 블록 사이즈 지시 정보(202)로 결정되는 사이즈의 매크로 블록 단위로 복호되는 정보이다. 또한, 움직임 벡터 정보(207)는 복호한 움직임 보상 영역 형상 정보(206) 단위로 복호되는 정보이다.
다음에, 매크로 블록 사이즈 지시 정보(202)에 의해서 매크로 블록 사이즈가 결정되고, 이후의 복호는 결정된 사이즈의 매크로 블록 단위로 매크로 블록 복호부(22)에서 행하여진다. 매크로 블록 타입이 인터 모드일 때에는, 움직임 보상 예측이 행하여지고, 인트라 예측 모드일 때에는, 인트라 예측이 행하여진다.
우선, 매크로 블록 타입이 인터 모드일 때에 대하여 설명한다.
움직임 보상 영역 분할부(24)에서는, 엔트로피 복호부(21)에서 복호된 움직임 보상 영역 형상 정보(206)에 근거하여, 지정 사이즈의 매크로 블록 내를 움직임 보상을 행하는 단위의 영역으로 분할한다. 움직임 보상 영역 형상 정보(206)의 내용은 실시예 1의 움직임 보상 영역 형상 정보(104)와 마찬가지이다. 움직임 보상부(25)는 움직임 보상 영역 분할부(24)에서 결정된 영역 단위로, 복호된 움직임 벡터 정보(207)와 참조 화상 메모리(26)에 포함되는 참조 화상을 이용하여 예측 화상을 생성한다. 또한, 움직임 벡터 정보(207)에 대해서도, 실시예 1의 움직임 벡터 정보(107)와 마찬가지이다.
엔트로피 복호부(21)에서 복호된 계수 데이터(208)는 역양자화 역변환부(27)로 입력된다. 역양자화 역변환부(27)에서는, 복호된 블록 사이즈 지시 정보(203)에 근거하여 역양자화 역변환 처리를 행한다. 즉, 블록 사이즈 지시 정보(203)가, 예컨대 4화소×4라인이면, 4화소×4라인 단위의 역양자화, 역변환을 행하여, 그 결과 예측 오차 화상이 복호된다.
움직임 보상부(25)에서 생성된 예측 화상과 역양자화 역변환부(27)에서 복호된 예측 오차 화상은 가산기(28)에서 가산되어, 복호 화상(209)이 얻어진다. 복호 화상(209)은 이후의 복호에 이용되기 때문에, 참조 화상 메모리(26)에 저장된다.
다음에, 부호화 모드가 인트라 모드일 때에 대하여 설명한다.
복호한 계수 데이터(208)는 역양자화 역변환부(27)에 입력된다. 역양자화 역변환부(27)의 동작은 인터 모드일 때와 마찬가지이다. 역양자화 역변환의 결과는 복호 화상(209)으로서 출력된다. 복호 화상(209)은 인터 모드일 때와 마찬가지로 참조 화상 메모리(26)에 저장된다.
다음에, 부호화 모드가 인트라 예측 모드일 때에 대하여 설명한다.
인트라 예측 블록 분할부(29)에서는, 엔트로피 복호부(21)에서 복호된 인트라 예측 블록 사이즈 정보(205)에 근거하여, 매크로 블록 내를 인트라 예측을 행하는 단위의 블록으로 분할한다. 인트라 예측 블록 사이즈 정보(205)의 내용은 실시예 1의 인트라 예측 블록 사이즈 정보(105)와 마찬가지이다. 인트라 예측부(30)는 인트라 예측 블록 분할부(29)에서 결정된 블록 단위로 인트라 예측을 행한다. 인트라 예측에 대해서는 공지이기 때문에, 여기서의 상세한 설명은 생략하지만, 실시예 1의 인트라 예측부(16)와 마찬가지로, 복호 완료된 주변 블록의 화소값을 이용하여 부호화 대상 블록의 예측값(예측 화상)을 생성한다.
한편, 엔트로피 복호부(21)에서 복호된 계수 데이터(208)는 역양자화 역변환부(27)에 입력된다. 역양자화 역변환부(27)의 동작은 인터 모드일 때와 마찬가지이다. 역양자화 역변환의 결과는 예측 오차 화상으로서 출력된다. 인트라 예측부(30)에서 생성된 예측 화상과 역양자화 역변환부(27)에서 복호된 예측 오차 화상은 가산기(28)에서 가산되어 복호 화상(209)이 얻어진다. 복호 화상(209)은 이후의 복호에 이용되기 때문에, 참조 화상 메모리(26)에 저장된다.
또한, 상기 실시예 2에 있어서는, 프레임 단위로 매크로 블록 사이즈 지시 정보를 복호하고, 프레임 단위로 매크로 블록 사이즈를 전환하여 복호하도록 했지만, 복수 매크로 블록의 집합인 슬라이스 단위로 매크로 블록 사이즈 지시 정보를 복호하고, 슬라이스 단위로 매크로 블록 사이즈를 전환하여 복호하도록 하더라도 좋다.
또한, 다른 예에서는, 복수 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 매크로 블록 사이즈 지시 정보를 복호하고, 시퀀스 단위로 매크로 블록 사이즈를 전환하여 복호하도록 하더라도 좋다.
또 다른 예에서는, 프레임 단위로 매크로 블록 사이즈를 전환할지 또는 시퀀스 단위로 매크로 블록 사이즈를 전환할지를 지시하는 정보를 시퀀스 단위로 복호하고, 프레임 단위로 전환하는 것이 선택된 경우에는 프레임 단위에 매크로 블록 사이즈 지시 정보를 복호하고, 시퀀스 단위로 전환하는 것이 선택된 경우에는 시퀀스 단위로 매크로 블록 사이즈 지시 정보를 복호하도록 하더라도 좋다.
또한, 엔트로피 복호부(21)는, 비트 스트림에 다중화된 매크로 블록 사이즈 지시 정보를 복호하도록 했지만, 예컨대, 소정의 해상도보다도 높은 해상도의 경우에는 32화소×32라인을 채용하고, 소정의 해상도보다도 낮은 해상도의 경우에는 16화소×16라인을 채용하는 등, 복호 대상 화상의 해상도에 따라 자동적으로 결정하더라도 좋다.
이상과 같이, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 동화상을 직사각형 영역으로 분할하고, 직사각형 영역 단위로 복호를 행하는 동화상 복호 장치에 있어서, 프레임 단위 또는 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 직사각형 영역의 사이즈를 결정하는 직사각형 영역 사이즈 결정 수단과, 직사각형 영역 단위로 정해지는 부호화 모드를 복호하는 부호화 모드 복호 수단과, 부호화 모드 복호 수단에 의해서 복호된 부호화 모드에 의해 직사각형 영역 내의 화소값을 복호하는 직사각형 영역 복호 수단을 구비했기 때문에, 프레임 또는 시퀀스 단위로 직사각형 영역 사이즈를 변경하여 효율적으로 부호화한 동화상을 복호할 수 있다. 또한, 직사각형 영역 사이즈의 변경은, 프레임 또는 시퀀스 단위이기 때문에, 예컨대 프레임 내에서 직사각형 영역 사이즈를 전환하는 경우 등에 비해서, 직사각형 영역 사이즈전환을 위한 처리량이 작게 되는 효과가 있다.
또한, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 직사각형 영역 사이즈 결정 수단은, 비트 스트림에 프레임 단위 또는 복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스 단위로 다중화된 직사각형 영역 사이즈 정보를 복호하고, 복호 결과에 근거하여, 직사각형 영역 사이즈를 결정하도록 했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈를 화상의 특징 등에 따라 용이하고 또한 적응적으로 전환할 수 있다.
또한, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 직사각형 영역 사이즈 결정 수단은, 복호 대상 화상의 해상도에 따라 직사각형 영역 사이즈를 결정하도록 했기 때문에, 별도에 직사각형 영역 사이즈 정보를 복호할 필요가 없어, 처리의 오버헤드를 줄일 수 있다.
또한, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 부호화 모드 복호 수단에 의해서 복호된 부호화 모드에는, 움직임 보상 영역의 단위로 되는 영역 형상을 나타내는 움직임 보상 영역 형상 정보를 포함하고, 직사각형 영역 복호 수단은, 직사각형 영역 내를 움직임 보상 영역 형상 정보가 정하는 영역으로 분할하는 움직임 보상 영역 분할 수단과, 움직임 보상 영역 단위로 움직임 벡터 정보를 복호하는 움직임 벡터 정보 복호 수단과, 움직임 벡터 복호 수단에 의해서 얻어지는 움직임 벡터 정보를 이용하여 움직임 보상 예측을 행하여 예측 화상을 얻는 움직임 보상 수단과, 역양자화·역직교 변환을 행하는 단위로 되는 직사각형 블록 사이즈를 결정하는 블록 사이즈 결정 수단과, 직사각형 블록 단위로 역양자화 및 역직교 변환 처리를 행하는 역양자화 역변환 수단을 구비했기 때문에, 부호화 모드로서 화면간 예측 부호화를 행하는 인터 모드의 경우도 복호 장치로서 대응할 수 있다.
또한, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 부호화 모드 복호 수단에 의해서 복호된 부호화 모드에는, 화면내 예측의 단위로 되는 영역 형상을 나타내는 인트라 예측 블록 사이즈 정보를 포함하며, 직사각형 영역 복호 수단은 인트라 예측 블록 사이즈 정보가 정하는 직사각형 블록 단위로 화면내 예측을 행하여 예측 화상을 얻는 화면내 예측 수단을 구비했기 때문에, 부호화 모드로서 화면내 예측 부호화를 행하는 인트라 예측 모드의 경우도 복호 장치로서 대응할 수 있다.
또한, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 움직임 보상 영역 형상 정보는, 직사각형 영역 사이즈마다 설정되는 움직임 보상 영역 형상을 복호한 것이도록 했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈마다 결정되는 부호화 모드로서 화면간 예측 부호화를 행하는 인터 모드의 경우도 대응할 수 있다.
또한, 실시예 2의 동화상 복호 장치에 의하면, 인트라 예측 블록 사이즈 정보는, 직사각형 영역 사이즈마다 설정되는 인트라 예측 블록 사이즈를 복호한 것이도록 했기 때문에, 직사각형 영역 사이즈마다 결정되는 부호화 모드로서 화면내 예측 부호화를 하는 인트라 예측 모드의 경우도 대응할 수 있다.
(산업상 이용 가능성)
이상과 같이, 본 발명에 따른, 동화상의 해상도나 내용(움직임이 심한 영역이나 움직임이 다른 (인물과 배경 등) 영역의 경계 부근)에 따라, 적응적으로 직사각형 영역 사이즈를 전환하여 부호화할 수 있고, 또한, 이것에 의한 부호화 화상으로 직사각형 사이즈 정보의 증가를 억제할 수 있는 동화상 부호화 장치 및 동화상 복호 장치는 디지털 동화상을 송수신 가능한 장치(예컨대, 화상 전화 기능 부가 휴대 단말) 등에 이용하는 데 적합하다.

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  6. 동화상을 직사각형 영역으로 분할하고 직사각형 영역 단위로 부호화된 비트 스트림의 복호를 행하는 동화상 복호 장치에 있어서,
    복수의 연속하는 프레임의 집합인 시퀀스마다, 복호의 단위인 직사각형 영역의 사이즈의 정보를 복호하는 직사각형 영역 사이즈 복호 수단과,
    상기 직사각형 영역 사이즈 복호 수단에 의해서 복호된 직사각형 영역 사이즈의 정보에 근거하여 상기 직사각형 영역 사이즈를 결정하는 직사각형 영역 사이즈 결정 수단과,
    상기 직사각형 영역마다 정해지는 부호화 모드를 복호하는 부호화 모드 복호 수단과,
    상기 부호화 모드 복호 수단에 의해서 복호된 부호화 모드에 의해 상기 직사각형 영역 내의 화소값을 복호하는 직사각형 영역 복호 수단
    을 구비하되,
    상기 부호화 모드 복호 수단에 의해서 복호된 부호화 모드는 움직임 보상 영역의 단위로 되는 영역 형상을 나타내는 움직임 보상 영역 형상 정보를 포함하고,
    상기 직사각형 영역 복호 수단은, 상기 움직임 보상 영역 형상 정보가 나타내는 영역 단위로 복호되는 움직임 벡터 정보를 이용하여 움직임 보상 예측을 행하고, 예측 화상을 얻는 움직임 보상 수단을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 동화상 복호 장치.
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