KR101691314B1 - 부호화 장치, 복호 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

소정의 화상 포맷의 원신호에 있어서의 휘도와 색차를 나타내는 적어도 2개의 컴포넌트 신호를 부호화·복호한다. 부호화 장치(10)는, 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 생성하는 국부 복호부(17-1, 17-2, 18-1, 18-2, 23-1, 23-2)와, 부호화 전의 제1 컴포넌트 신호의 원신호와 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 비교하고, 제2 컴포넌트 신호의 정규화 파라미터를 생성하며, 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측부(4)와, 제1 컴포넌트 신호에 대해서, 화면내 예측의 예측 신호 또는 화면간 예측의 예측 신호를 생성하는 예측 신호 생성부(22-1)와, 예측 신호와 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산해서 합성하여, 제1 컴포넌트 신호의 수정 예측 신호를 생성하는 합성부(2)와, 수정 예측 신호와 제1 컴포넌트 신호의 원신호와의 차분 신호를 생성하여 부호화를 실시하는 부호화부(13-1, 14-1, 15-1, 16-1)를 구비한다.

Description

부호화 장치, 복호 장치 및 프로그램{ENCODING DEVICE, DECODING DEVICE, AND PROGRAM}
본 발명은 화상 처리 기술에 관한 것으로, 특히, 비가역의 부호화 방식에 의해 부호화되고, 부호화 열화가 발생한 화상 신호를 수정하여 부호화하는 부호화 장치, 화상 신호를 수정하여 복호하는 복호 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
화상 신호를 구성하는 컴포넌트 신호의 상호의 상관을 이용한 신호 보간 기술로서, 단판 원색의 이미지 센서에 있어서의 화소 보간 방식의 고정밀도화 기술이 보고되어 있다(예컨대, 비특허문헌 1 참조). 이러한 이미지 센서에 있어서의 화상 신호의 보간 기술은, RGB 색 공간에서의 RGB 신호(R: 적색 신호, G: 녹색 신호, B: 청색 신호)의 보간을 목적으로 하고 있기 때문에, 부호화에 의한 신호 열화에 대해서 상정되어 있지 않다.
또한, YUV 색 공간에서의 YUV 신호의 샘플링 주파수의 차이에 주목한 신호 보간 기술로서, 포맷 컬러 화상의 색차 성분 보간 기술이 보고되어 있다(예컨대, 비특허문헌 2 참조). 이 기술에서는, 휘도(Y) 신호의 샘플링 주파수의 높이를 이용하여 색차 신호(U신호=B-Y, V신호=R-Y)의 보간 신호를 생성함으로써 고정밀도의 보간을 행한다. 이러한 YUV 신호의 샘플링 주파수의 차이에 주목한 신호 보간 기술도, YUV 신호의 보간을 목적으로 하고 있기 때문에, 부호화에 의한 신호 열화에 대해서 상정되어 있지 않다.
이들 신호 보간 기술은, 비가역의 부호화 방식(예컨대, MPEG-2, H.264 등)에 의해 화상 신호의 부호화를 행하는 데 있어서, 부호화 전의 화상 신호에 대한 보간에 적합하지만, 부호화 후의 화상 신호에 대한 보간에는 적합하지 않다. 예컨대, 비가역의 부호화 처리에 의해 YUV 신호를 부호화하면, 휘도 신호의 열화에 따라, 휘도 신호를 기준으로 하는 색차 신호에도 이 휘도 신호의 열화가 전파하게 된다. 또한, 이들 신호 보간 기술은, 휘도 신호 자체의 열화를 저감하는 처리가 아니기 때문에, 휘도 신호의 열화를 저감하는 일도 없다.
또한, 부호화의 열화를 저감하기 위해서, 여러 가지 디블로킹 필터(예컨대, H.264 등에서의 디블로킹 필터)가 있으나, 이들 디블로킹 필터는, 화상 신호 성분의 각각을 시각적으로 열화가 눈에 띄지 않도록 독립적으로 처리하는 것이며, 원래의 화상 신호에 대한 부호화 후의 열화를 반드시 저감시킬 수는 없다.
또한, 종래의 비가역의 부호화 방식(예컨대, H.264 등)은, 휘도 신호 화면내 예측(화면내 예측) 방식으로서 기부호화 블록의 신호 예측으로서 근접하는 기부호화 블록을 복호한 화소 정보에 의해 외삽에 의해서 원신호를 예측하여 예측 신호를 생성하고, 원신호와 예측 신호의 차분 신호를 부호화한다. 이 예측 처리는 3개의 컴포넌트 신호의 상관의 낮음으로부터 상호 상관이 없는 것으로서 각 컴포넌트의 신호 계통을 별개로 행해진다. 그러나, 국소적으로 신호를 본 경우, 각각의 컴포넌트 신호 사이에서 신호의 변동에 상관이 있어, 상호 신호를 예측할 수 있다. 종래의 부호화 방식은 이 상관을 사용하고 있지 않다.
예컨대, 도 9에 도시한 바와 같이, 종래의 부호화 장치(100)(예컨대, H.264용의 부호화 장치)는, 제1 컴포넌트 신호(U신호 또는 V신호)의 부호화 신호 계통과, 제2 컴포넌트 신호(Y신호)의 부호화 신호 계통으로 나뉘어진다. 이들 부호화 신호 계통은, 재배열부(12-1, 12-2)와, 감산부(13-1, 13-2)와, 직교 변환부(14-1, 14-2)와, 양자화부(15-1, 15-2)와, 가변 길이 부호화부(16-1, 16-2)와, 역양자화부(17-1, 17-2)와, 역직교 변환부(18-1, 18-2)와, 메모리(21-1, 21-2)와, 화면간·화면내 예측부(22-1, 22-2)와, 가산부(23-1, 23-2)와, 각 부호화 신호 계통의 부호화 신호를 외부에 송출하는 비트 스트림으로 재구성하는 비트 스트림 구성부(25)를 구비한다.
도 9에 도시한 예는, 직교 변환 및 양자화 처리를 컴포넌트 신호별로 병렬 처리하는 예를 나타내고 있으나, 부호화 처리는, 각 컴포넌트 신호를 순차 읽어내어 처리하도록 구성할 수도 있다. 컴포넌트 신호가 YUV 신호로 이루어지는 경우, 직교 변환 및 양자화 처리를 실시하는 데 있어서, U신호 또는 V신호에 대해서는, 직교 변환부(14-1) 및 양자화부(15-1)를 통해 각각 직교 변환 및 양자화가 실시된다. 마찬가지로, Y신호에 대해서는, 직교 변환부(14-2) 및 양자화부(15-2)를 통해 각각 직교 변환 및 양자화가 실시된다. 또한, 국부 복호 처리는, 각 컴포넌트 신호를 순차 읽어내어 처리하는 것이 가능하도록, 직교 변환부(14-1, 14-2)와, 양자화부(15-1, 15-2)의 전환을 행하는 신호 계통 전환부(도시하지 않음)를 설치할 수 있다. 이하, 대표적으로, 제1 컴포넌트 신호(U신호 또는 V신호)의 부호화 신호 계통의 화면간 예측 동작과 화면내 예측 동작을 순서대로 설명한다.
[화면간 예측]
재배열부(12-1)는, 제1 컴포넌트 신호를 소영역의 화소 블록 단위로 부호화하기 위한 재배열을 행하고, 감산부(13-1) 및 화면간·화면내 예측부(22-1)에 송출한다.
화면간·화면내 예측부(22-1)는, 재배열부(12-1)로부터 공급되는 제1 컴포넌트 신호의 원신호에 대하여, 메모리(21-1)로부터 취득하는 참조 화상을 이용하여 움직임 벡터 검출을 행하고, 얻어진 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 행하며, 그 결과 얻어진 예측 신호를, 가산부(23-1) 및 감산부(13-1)에 출력한다. 움직임 벡터의 정보는, 가변 길이 부호화부(16-1)에 송출된다.
감산부(13-1)는, 재배열부(12-1)로부터의 원신호와, 화면간·화면내 예측부(22-1)로부터의 예측 신호 사이의 차분 신호를 생성하고, 직교 변환부(14-1)에 송출한다.
직교 변환부(14-1)는, 감산부(13-1)로부터 공급되는 차분 신호에 대하여 소영역의 화소 블록마다 직교 변환(예컨대, DCT)을 실시하고, 양자화부(15-1)에 송출한다.
양자화부(15-1)는, 직교 변환부(14-1)로부터 공급되는 소영역의 화소 블록에 대응하는 양자화 테이블을 선택하여 양자화 처리를 행하고, 이 양자화 신호를 가변 길이 부호화부(16-1)에 송출하며 역양자화부(17-1)에 송출한다.
가변 길이 부호화부(16-1)는, 양자화부(15-1)로부터 공급되는 양자화 신호에 대해서 스캐닝을 행하고 가변 길이 부호화 처리를 실시하여 비트 스트림을 생성하며, 화면간·화면내 예측부(22-1)로부터 공급되는 움직임 벡터의 정보도 가변 길이 부호화를 실시하여 출력한다.
역양자화부(17-1)는, 양자화부(15-1)로부터 공급되는 양자화 신호에 대해서 역양자화 처리를 행하여 역직교 변환부(18-1)에 출력한다.
역직교 변환부(18-1)는, 역양자화부(17-1)로부터 공급되는 직교 변환 계수에 대하여 역직교 변환(예컨대, IDCT)을 실시하고, 가산부(23-1)에 출력한다.
가산부(23-1)는, 역직교 변환부(18-1)로부터 얻어지는 역직교 변환한 신호와, 화면간·화면내 예측부(22-1)로부터 얻어지는 예측 신호를 가산 처리하여 국부 복호 신호를 생성하고, 메모리(21-1)에 저장한다.
한편, 화면간·화면내 예측부(22-1)는, 화면내 예측과 화면간 예측의 전환에 전환 스위치(도시하지 않음)를 설치할 수 있다.
[화면내 예측]
화면간·화면내 예측부(22-1)는, 제1 컴포넌트 신호에 대해서 복호가 완료된 인접 화소 정보에 의해 외삽에 의해서 원신호를 예측하여 예측 신호를 생성하고, 감산부(13-1) 및 가산부(23-1)에 송출한다. 다른 구성 요소의 동작은, 화면간 예측의 경우와 동일하다고 생각하면 된다. 예컨대 H.264의 부호화 방식은, 화면내 예측 방법으로서, 복호가 완료된 인접 화소 정보를 기준 신호로서 이용하고, 외삽에 의해서 상기 컴포넌트 신호를 예측한다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2005-184241호 공보
비특허문헌 1: 구노, 스기우라, 「단판 원색 이미지 센서에 있어서의 화소 보간 방식의 고정밀도화」, 영상 정보 미디어 학회지, Vol.61, No.7, 2007년 7월 1일, pp.1006∼1016 비특허문헌 2: 스기타, 다구치, 「YUV 4:2:0 포맷 컬러 화상의 색차 성분 보간법」, 전자 정보 통신 학회 논문지, Vol.J88-A, No.6, 2005년 6월 1일, pp.751∼760
양자화에 의한 직교 변환 계수의 열화는, 역양자화 및 역직교 변환에 의해 화소의 열화로서 블록 일그러짐이나 모스키토 노이즈 등의 열화가 되어 지각된다. 또한, 화소 블록마다의 열화의 정도가 상이하기 때문에, 인접하는 부호화 블록의 경계에 있어서, 그 차가 현저한 방해가 되어 블록 일그러짐이 검지되는 경우가 있다. 이러한 경우에, 동화상의 컴포넌트 신호 사이의 상관을 이용함으로써 더욱 블록 일그러짐을 개선할 여지가 있다.
비가역의 부호화 방식(예컨대, MPEG-2, H.264 등)으로, 화상을 소영역 단위로 부호화하는 경우, 예컨대 MPEG-2에서는, 4:2:0 포맷이면, 휘도 신호의 화소 블록 16×16화소에 대응하는 색차 신호는 8×8화소이고, 신호 사이에서 샘플링 주파수가 상이하다. 예컨대, MPEG-2로 대표되는 화상 부호화 처리는, 이와 같이 샘플링 주파수가 상이한 신호를 공통의 사이즈 8×8화소 블록으로 처리를 행한다. 즉, 휘도 신호를 4개의 8×8화소 블록으로 분할하고, 색차 신호를 8×8화소 블록으로 부호화를 행하기 때문에, 부호화 처리를 실시하는 8×8화소 블록이 차지하는 범위가 휘도 신호와 색차 신호에서 상이하게 된다.
또한, 종래의 부호화 방식에서 사용되는 바와 같은 화면내 부호화 방식은, 인접하는 기부호화 블록을 복호한 화소 정보를 기준 신호로서 이용하고, 외삽에 의해서 상기 컴포넌트 신호를 예측하는 것이지만, 이 외삽 처리는 기준 신호로부터의 거리가 먼 화소일수록 예측 성능이 저하되며, 잔차 신호가 증대한다.
본 발명의 목적은, 전술한 바와 같은 문제를 감안하여, 화상 신호의 상관을 이용해서 부호화 대상이 되는 잔차 신호를 더 저감하고, 부호화 효율을 높이기 위해서, 소정의 화상 포맷의 원신호에 있어서의 휘도와 색차를 나타내는 적어도 2개의 컴포넌트 신호를 부호화하는 부호화 장치, 및 그 부호화된 컴포넌트 신호를 복호하는 복호 장치, 및 이들의 프로그램을 제공하는 것에 있다.
본 발명은, 예컨대 화면내 예측시의 외삽 처리에 의한 예측 성능의 저하를, 부호화 전의 원신호에 있어서의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)와, 국부 복호가 완료된 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호) 사이의 신호 변동의 상관을 이용하여 예측한다. 이것은, 화면간의 예측을 행하는 화면간 예측의 경우도 마찬가지이다. 한편, 컴포넌트 신호는, RGB, YCbCr, LUV, Lab, XYZ 등 복수의 컴포넌트 신호로 구성되는 신호이면 어떠한 색 공간의 것이어도 좋다.
예컨대, 외삽 처리에 의한 화면내 예측시의 YUV 신호에 있어서의 각 컴포넌트 신호는, 컴포넌트 신호마다의 프레임 내에서 부호화된다. 그래서 본 발명은, 부호화 전의 원신호에 있어서의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)와, 국부 복호가 완료된 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호) 사이에 있어서의 각 블록 내의 신호 에너지를 비교하고, 이 비교에 의해 얻어지는 정규화 파라미터를 외부에 전송하며, 이 정규화 파라미터에 의해 생성한 국부 복호가 완료된 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)로부터 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)를 예측하는 신호(이하, 「휘도 색차간 예측 신호」라고 칭함)와, 종래로부터의 외삽 처리에 의한 화면내 예측의 예측 신호를 합성하여, 수정 예측 신호를 생성한다. 이 수정 예측 신호는, 종래로부터의 예측 신호와 휘도 색차간 예측 신호 사이에서 가중을 행하여 구성할 수 있고, 이 가중 계수는, 부호화 장치측 및 복호 장치측에서 공통으로 이용할 수 있도록 미리 규정하거나, 또는 보조 정보로서 부호화 장치측으로부터 복호 장치측으로 전송하도록 구성할 수도 있다.
즉, 본 발명에 의한 일 양태의 부호화 장치는, 소정의 화상 포맷의 원신호에 있어서의 휘도와 색차를 나타내는 적어도 2개의 컴포넌트 신호를 부호화하는 부호화 장치로서, 상기 적어도 2개의 컴포넌트 신호 중 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 생성하는 국부 복호부와, 부호화 전의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 원신호와, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 비교하여, 상기 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 정규화 파라미터를 생성하는 비교부와, 상기 정규화 파라미터에 의해, 상기 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 수정하여 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 원신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측부와, 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)에 대해서, 외삽에 의한 화면내 예측의 예측 신호, 또는, 움직임 보상에 의한 화면간 예측의 예측 신호를 생성하는 예측 신호 생성부와, 상기 예측 신호와 상기 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산해서 합성하여, 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 수정 예측 신호를 생성하는 합성부와, 상기 수정 예측 신호와 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 원신호와의 차분 신호를 생성하여 부호화를 실시하는 부호화부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 일 양태의 부호화 장치에 있어서, 상기 정규화 파라미터를 생성하기 위한 비교시에, 상기 제2 컴포넌트 신호의 샘플링 레이트를, 상기 제1 컴포넌트 신호의 샘플링 레이트와 일치하도록 변환하는 샘플링 레이트 변환부를 갖도록 구성할 수 있다.
즉, 예컨대, 제2 컴포넌트 신호가 Y신호이고, 제1 컴포넌트 신호가 U신호 또는 V신호이면, Y신호를 U신호 또는 V신호의 샘플링 레이트까지 다운컨버트한다. 반대로, 예컨대, 제2 컴포넌트 신호가 U신호 또는 V신호이고, 제1 컴포넌트 신호가 Y신호이면, U신호 또는 V신호를 Y신호의 샘플링 레이트까지 업컨버트한다. 정규화하는 컴포넌트 사이에서 샘플링 레이트가 동일한 경우에는, 이 샘플링 레이트 변환부는 필요없다.
또한, 본 발명에 의한 일 양태의 복호 장치는, 소정의 화상 포맷의 부호화된 휘도와 색차를 나타내는 적어도 2개의 컴포넌트 신호를 복호하는 복호 장치로서, 상기 적어도 2개의 컴포넌트 신호에 있어서의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 부호화된 원신호와 예측 신호와의 차분 신호를 복호하는 복호부와, 상기 적어도 2개의 컴포넌트 신호 중 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 생성하는 국부 복호부와, 상기 부호화 전의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 원신호와, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 비교하여 미리 생성되어 있던, 상기 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 정규화 파라미터를 취득하고, 상기 정규화 파라미터에 의해, 상기 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 수정하여 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측부와, 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)에 대해서, 외삽에 의한 화면내 예측의 예측 신호, 또는, 움직임 보상에 의한 화면간 예측의 예측 신호를 생성하는 예측 신호 생성부와, 상기 예측 신호와 상기 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산해서 합성하여, 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 수정 예측 신호를 생성하는 합성부와, 상기 수정 예측 신호와 상기 복호한 차분 신호를 가산하여 상기 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)를 복원하는 복호부를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 일 양태의 복호 장치에 있어서, 부호화측과 마찬가지로, 상기 정규화 파라미터를 생성하기 위한 비교시에, 상기 제2 컴포넌트 신호의 샘플링 레이트를, 상기 제1 컴포넌트 신호의 샘플링 레이트와 일치하도록 변환하는 샘플링 레이트 변환부를 갖도록 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에 의한 일 양태의 부호화 장치 및 복호 장치는, 컴퓨터로서 구성할 수 있고, 각 처리를 실행시키기 위한 프로그램으로서 구성할 수 있다.
본 발명의 부호화 장치 및 복호 장치의 각각은, 컴퓨터로서 구성할 수 있고, 본 발명은, 부호화 장치 및 복호 장치의 각각의 처리를 실행시키기 위한 프로그램으로서도 특징지어진다.
본 발명에 의하면, 비가역의 부호화 방식으로 부호화된 화상 신호라도, 화상 열화가 적은 화상으로서 수정할 수 있고, 이 수정한 화상을 예컨대 표시 장치에 표시하면, 본 발명을 적용하지 않는 경우와 비교하여 화상 열화를 보다 저감시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치에 있어서의 화상 처리 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치에 있어서의 화상 처리 장치의 동작으로서, (a)는, 4:2:0 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 색차 신호의 U신호 및 V신호를, 다운컨버트한 원신호의 휘도 신호 Y를 이용하여 수정하는 모습을 도시하고 있고, (b)는, 4:2:0 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 휘도 신호 Y를, 업컨버트한 원신호의 색차 신호의 U신호 또는 V신호를 이용하여 수정하는 모습을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치에 있어서의 화상 처리 장치의 동작으로서, (a)는, 4:2:2 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 색차 신호의 U신호 및 V신호를, 다운컨버트한 원신호의 휘도 신호 Y를 이용하여 수정하는 모습을 도시하고 있고, (b)는, 4:2:2 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 휘도 신호 Y를, 업컨버트한 원신호의 색차 신호의 U신호 또는 V신호를 이용하여 수정하는 모습을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치의 블록도이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는, H.264 등의 종래로부터의 화면내 예측 방식의 신호 예측 모드의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 일 실시예의 복호 장치에 있어서의 화상 처리 장치의 블록도이다.
도 7은 본 발명에 의한 일 실시예의 복호 장치의 블록도이다.
도 8의 (a)는, 프레임 화상에 있어서의 4:2:2 포맷의 신호예를 도시한 도면이고, 도 8의 (b)는, 프레임 화상에 있어서의 4:2:0 포맷의 신호예를 도시한 도면이다.
도 9는 종래로부터의 부호화 장치를 도시한 블록도이다.
이하, 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치 및 복호 장치에 대해서 설명한다.
먼저, 본 발명의 이해를 위해서, 화상 부호화에서 이용되는 일반적인 화상 포맷에 대해서 설명한다. 일반적으로, 화상 부호화는, 인간의 지각에 있어서의 휘도 및 색차에 대한 감도의 차이로부터, 상이한 화소 사이즈의 신호의 조합으로 1프레임의 화상 프레임을 구성한다. 이러한 화상 포맷으로서, 도 8의 (a)에 도시한 바와 같이, 프레임 화상 F에 있어서의 화소 S1에 대해서, 4:2:2 포맷(수평 방향에서, 휘도 신호(Y)의 화소수 1에 대하여 U신호 및 V신호의 각각의 화소수가 1/2)이나, 도 8의 (b)에 도시한 바와 같이, 프레임 화상 F에 있어서의 화소 S2에 대해서, 4:2:0 포맷(수평 및 수직 방향에서, 휘도 신호의 화소수 1에 대하여 U신호 및 V신호의 각각의 화소수가 1/2) 등이 있다.
이러한 화상 신호를, MPEG 등의 대표적인 블록 부호화는, 휘도 신호와 색차 신호의 구별없이 일정한 화소수마다 부호화를 행한다. 이 때문에, 휘도 신호 및 색차 신호의 부호화 블록이 차지하는 화상 범위는 상이하게 되고, 부호화 열화가 발생하는 범위도 상이하게 된다.
휘도 신호 및 색차 신호가 표현하는 각 샘플링수의 차이는, 휘도 신호와 색차 신호의 샘플링 주파수가 상이한 것을 의미한다. 예컨대, 4:2:2 포맷의 경우, 16×16화소의 휘도 신호로 구성되는 화상 범위에 대응하는 2개의 색차 신호(U신호 및 V신호)는, 각각 8×16화소로 구성된다. 따라서, 4:2:2 포맷의 경우, 수평 방향에서, 휘도 신호에 대하여 색차 신호의 샘플링 주파수는 반이 된다. 마찬가지로, 4:2:0 포맷의 경우, 수평 및 수직 방향에서, 휘도 신호에 대하여 색차 신호의 샘플링 주파수는 반이 된다.
본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치 및 복호 장치는, 이 샘플링 주파수의 차이를 이용하여, 휘도 신호 및 색차 신호의 부호화 열화의 성질의 차이에 의해 발생하는 신호 열화를 저감하는 장치이다.
포괄적으로는, 도 4를 참조하여 상세히 설명하는 바와 같이, 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치(10)는, 적어도 2개의 컴포넌트 신호 중 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 생성하는 국부 복호부(17-1, 17-2, 18-1, 18-2, 23-1, 23-2)와, 부호화 전의 제1 컴포넌트 신호의 원신호와, 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 비교하여, 상기 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 수정하기 위한 수정량을 나타내는 정규화 파라미터를 생성하고, 정규화 파라미터에 의해, 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 수정하여 제1 컴포넌트 신호의 원신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측부(4)와, 제1 컴포넌트 신호에 대해서, 외삽에 의한 화면내 예측의 예측 신호, 또는, 움직임 보상에 의한 화면간 예측의 예측 신호를 생성하는 예측 신호 생성부(22-1)와, 상기 예측 신호와 상기 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산해서 합성하여, 제1 컴포넌트 신호의 수정 예측 신호를 생성하는 합성부(2)와, 수정 예측 신호와 제1 컴포넌트 신호의 원신호와의 차분 신호를 생성하여 부호화를 실시하는 부호화부(13-1, 14-1, 15-1, 16-1)를 구비하는 장치이다.
한편, 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치는, 본 발명에 의한 일 양태의 부호화 장치에 있어서, 상기 정규화 파라미터를 생성하기 위한 비교시에, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 샘플링 레이트를, 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)의 샘플링 레이트와 일치하도록 변환하도록 구성할 수 있다. 이하, 대표적으로, 제1 컴포넌트 신호(U신호 또는 V신호)의 원신호를, 제2 컴포넌트 신호(Y신호)의 국부 복호 신호로부터 예측하기 위해서 비교하고, 그 비교 결과로부터 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 수정하기 위한 수정량을 나타내는 정규화 파라미터를 생성하는 예에 대해서, 상세히 설명한다.
먼저, 도 1에, 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치에 따른 화상 처리 장치의 블록도를 도시한다. 화상 처리 장치(1)는, 예컨대 비가역의 부호화 방식으로 부호화된 화상 신호를 복호하는 디코더(도시하지 않음)로부터 순차 출력되는 소정의 화상 포맷의 컴포넌트 신호를 처리하는 장치이며, 부호화 전의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 원신호와, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호 사이에 있어서의 각 블록 내의 신호 에너지를 비교하고, 이 비교에 의해 얻어지는 정규화 파라미터를 외부에 전송하며, 이 정규화 파라미터에 의해 생성한 휘도 색차간 예측 신호와, 종래로부터의 화면내 또는 화면간 예측의 예측 신호를 합성하여, 수정 예측 신호를 생성한다.
보다 구체적으로는, 화상 처리 장치(1)는, 합성부(2)와, 샘플링 레이트 변환부(3)와, 휘도 색차간 예측부(4)를 구비한다. 한편, 휘도 색차간 예측부(4)는, 비교부(41)와, 휘도 색차간 예측 신호 생성부(42)를 구비한다.
샘플링 레이트 변환부(3)는, 국부 복호 후에 얻어지는 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호를 입력하고, 예측 대상의 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)의 샘플링 레이트에 맞추도록 다운 또는 업컨버트를 실행한다(도 2 및 도 3 참조).
비교부(41)는, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호의 신호 요소(예컨대 블록 단위의 각 화소값)와, 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)의 원신호의 신호 요소를 에너지(예컨대, 화소값의 2승의 합으로 하거나, 또는 화소당의 평균 에너지)로 비교해서 정규화하기 위한 수정량을 나타내는 정규화 파라미터를 생성하여 외부에 송출하고, 휘도 색차간 예측 신호 생성부(42)에 송출한다.
다른 예로서, 비교부(41)는, 비교하는 신호 요소가 직교 변환 계수인 경우에는, 그 성분으로부터 에너지를 산출하여 비교함으로써 정규화 파라미터를 얻을 수 있다. 또한, 비교부(41)는, 정규화 파라미터를 결정하는 데 있어서, 비교하는 각 컴포넌트 신호의 직류 성분을 제거한 신호에 대하여 정규화한 값을 결정한다. 한편, 이 직류 성분의 제거는, 예컨대, 블록 내의 전화소의 평균값으로 부호화 블록 내의 각 화소값을 감산하면 된다. 이와 같이, 비교부(41)는, 동일한 샘플링 레이트로 변환한 후에 각 컴포넌트 신호의 대응하는 신호 요소의 에너지를 비교하고(즉, 직류 성분을 제외한 신호 에너지를 비교하고), 정규화 파라미터를 생성함으로써, 수정 정밀도가 향상된다. 한편, 비교 대상의 컴포넌트 신호 사이의 샘플링 레이트가 동일한 경우에는, 샘플링 레이트 변환부(3)를 바이패스할 수 있다.
휘도 색차간 예측 신호 생성부(42)는, 상기 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 국부 복호 신호의 신호 요소를, 상기한 정규화 파라미터에 의해 수정하고, 제1 컴포넌트 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하여 합성부(2)에 송출한다.
본 실시예에서는, 제2 컴포넌트 신호(Y신호)의 국부 복호 신호로부터 제1 컴포넌트 신호(U신호 또는 V신호)의 원신호를 예측하는 예를 설명하고 있으나, 제2 컴포넌트 신호를 U신호 또는 V신호로 하고, 이 국부 복호 신호로부터 제1 컴포넌트 신호가 되는 Y신호의 원신호를 예측하는 것도 동일하게 실현할 수 있다.
컴포넌트 신호 사이의 샘플링 레이트에 관해서, 전술한 바와 같이, 부호화 처리의 최소 단위가 되는 하나의 휘도 신호의 화소 블록(8×8화소)과 하나의 색차 신호의 화소 블록(8×8화소)은, 휘도 신호와 색차 신호의 샘플링수의 차이로부터 표현되는 화상 범위는 상이하다. 양자화에 의한 열화는, 8×8화소의 화소 블록마다 상이하며, 각각의 블록의 열화의 경향은 상관이 없기 때문에, 특히 화소 블록의 경계에 있어서 시각적으로 현저한 열화가 발생할 수 있다. 이것은, 16×16화소의 화소 블록이나 32×32화소의 화소 블록 등의 경우도 마찬가지인 것은 물론이다.
그러나, 부호화 후의 색차 신호의 면적이, 부호화 후의 휘도 신호의 면적에 비하여 수평(또는 수평 및 수직)으로 2배의 면적인 것을 고려하면, 이 색차 신호로부터, 대응하는 휘도 신호의 인접 화소 블록 사이의 신호 변동의 상관을 알 수 있다. 또한, 휘도 신호의 샘플링수는 색차 신호에 비하여 많고, 고해상도이기 때문에, 부호화 열화를 포함하는 휘도 신호를 색차 신호의 샘플링 레이트까지 다운컨버트하여 열화를 저감시키고, 이 열화 저감시킨 휘도 신호를 색차 신호의 교사 신호로 함으로써 색차 신호의 복원을 행할 수 있다. 상기한 2배의 면적에 관해서 YUV의 4:2:0 포맷 또는 4:2:2 포맷을 예로 설명하고 있으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 2개 이상의 컴포넌트 신호를 취급하는 임의의 다른 색 공간의 컴포넌트 신호에 적용할 수 있는 것은 물론이다. 따라서, 휘도 신호 및 색차 신호의 상호의 상관 비교를 위해서는, 휘도 신호 및 색차 신호의 샘플링 레이트를 동일하게 하는 것이 적합하다.
도 2 및 도 3은, 이 화상 처리 장치(1)에 있어서의 일련의 처리 동작을 모식적으로 도시한 도면이다. 도 2의 (a)는, 4:2:0 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 색차 신호의 U신호 및 V신호를, 다운컨버트한 원신호의 휘도 신호 Y를 이용하여 수정하는 모습을 도시하고 있고, 도 2의 (b)는, 4:2:0 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 휘도 신호 Y를, 업컨버트한 원신호의 색차 신호의 U신호 또는 V신호를 이용하여 수정하는 모습을 도시하고 있다. 도 3의 (a)는, 4:2:2 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 색차 신호의 U신호 및 V신호를, 다운컨버트한 원신호의 휘도 신호 Y를 이용하여 수정하는 모습을 도시하고 있고, 도 3의 (b)는, 4:2:2 포맷에 있어서의 국부 복호 후의 휘도 신호 Y를, 업컨버트한 원신호의 색차 신호의 U신호 또는 V신호를 이용하여 수정하는 모습을 도시하고 있다.
도 4에, 본 발명에 의한 일 실시예의 부호화 장치의 블록도를 도시한다. 본 실시예의 부호화 장치(10)(예컨대, H.264용의 부호화 장치)는, 도 9에 도시한 종래의 부호화 장치(100)와 비교하여, 제1 컴포넌트 신호의 처리 계통 내에서, 특히 예측 신호의 생성에 관한 화상 처리 장치(1)(도 1 참조)가 편입되어 있는 점에서 다르다.
본 실시예의 부호화 장치(10)는, 도 9에 도시한 종래의 부호화 장치(100)와 비교하여, 다른 구성 요소의 동작은 동일하며, 본 발명에 관한 부분에 대해서 상세히 설명한다.
한편, 본 실시예에 있어서도, 직교 변환 및 양자화 처리를 컴포넌트 신호별로 병렬 처리하는 한편, 국부 복호 처리는, 각 컴포넌트 신호를 순차 읽어내어 처리하도록 구성할 수 있는 것은 물론이다.
화상 처리 장치(1)는, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 재배열부(12-1)로부터 입력되는 제1 컴포넌트 신호의 원신호와, 제2 컴포넌트 신호의 부호화 신호 계통 내의 메모리(21-2)로부터 입력되는 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호를 상기 화상 프레임을 구성하는 대응 화소 위치에서 각 요소를 비교하고, 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호로부터 제1 컴포넌트 신호를 예측하는 휘도 색차간 예측 신호를 생성하며, 이 수정량을 나타내는 정규화 파라미터를 가변 길이 부호화부(16-1)에 송출한다.
화상 처리 장치(1)에 있어서의 합성부(2)는, 화면간·화면내 예측부(22-1)로부터 공급되는 기존의 예측 처리에 의해 얻어지는 예측 신호와, 휘도 색차간 예측부(4)로부터 공급되는 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산하여 합성함으로써 수정 예측 신호를 생성하고, 가산부(23-1) 및 감산부(13-1)에 출력한다. 기존의 예측 처리에 의해 얻어지는 예측 파라미터의 정보는, 가변 길이 부호화부(16-1)에 송출된다. 가중 가산에 대해서는 상세히 후술한다.
합성부(2)의 동작에 대해서 설명한다. 합성부(2)는, 화면내 예측 또는 화면간 예측부에서 얻어지는 예측 신호와, 휘도 색차간 예측부(4)로부터 입력되는 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산하여 수정 예측 신호를 생성한다. 예컨대, 화면내 예측의 경우에서는, 합성부(2)는, 인접한 기부호화 블록의 기준 신호로부터의 거리에 비례한 배분으로, 이 예측 신호와 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산하여 수정 예측 신호를 생성한다.
H.264 등의 종래로부터의 화면내 예측 방식의 신호 예측 모드에는, 예컨대 부호화 블록이 4×4화소이고 수평 예측 모드인 경우[도 5의 (a) 참조]나 수직 예측 모드인 경우[도 5의 (b) 참조] 등이 있다.
예컨대, 합성부(2)에 있어서의 예측 신호와 휘도 색차간 예측 신호 사이의 가중 가산은, 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
수정 예측 신호 C[j][i]=(k1/K)·A[j][i]+(k2/K)·B[j][i]
여기서, i, j는, 각각 수평 방향 및 수직 방향의 화소 위치를 나타내고, k1, k2는, 예측 신호 A[j][i] 및 휘도 색차간 예측 신호 B[j][i]의 각각에 대한 가중 계수이다. 한편, K=k1+k2이다.
가중 계수 k1, k2는, 미리 정한 고정값으로 할 수 있고, 휘도 색차간 예측 신호 B[j][i] 또는 예측 신호 A[j][i]의 크기에 따라 가변으로 하는 미리 정한 변수로 할 수 있으며, 휘도 색차간 예측 신호 B[j][i]의 생성시에 이용한 비교 동작의 양자화 레벨에 따른 랭크를 나타내는 플래그에 따라 가변으로 하는 미리 정한 변수로 할 수 있다. 예컨대, 일례로서, 예측 신호 A[j][i] 및 휘도 색차간 예측 신호 B[j][i]의 비교의 결과, 직류 레벨의 차가 클 때에는 가중 계수 k2를 작게 할 수 있다. 이들 가중 계수 k1, k2는, 부호화 장치와 복호 장치 사이에서 공통의 계산 방법이나 고정값을 유지하거나, 또는 부호화 장치가 보조 정보를 생성하여 복호 장치에 전송하도록 구성할 수 있다.
예컨대, 도 5의 (a)의 예에서는, 수정 예측 신호 C[j][i]는, 종래로부터의 예측 신호 A[j][i]와 휘도 색차간 예측부(4)로부터의 휘도 색차간 예측 신호 B[j][i]의 가산 합성으로서,
C[j][i]=(3-i)/3·A[j][i]+i/3·B[j][i]에 의해 얻어진다.
예컨대, 도 5의 (b)의 예에서는, 수정 예측 신호 C[j][i]는, 종래로부터의 예측 신호 A[j][i]와 휘도 색차간 예측부(4)로부터의 휘도 색차간 예측 신호 B[j][i]의 가산 합성으로서,
C[j][i]=(3-j)/3·A[j][i]+j/3·B[j][i]에 의해 얻어진다.
또한 합성부(2)는, 다른 예의 동작으로서, 예측 신호와 복수의 휘도 색차간 예측 신호를 가중 가산하여 수정 예측 신호를 생성하도록 구성할 수도 있다. 예컨대, U신호로부터 Y신호를 예측하는 휘도 색차간 예측 신호와, V신호로부터 Y신호를 예측하는 휘도 색차간 예측 신호 등이 고려된다.
예컨대, 예측 신호와 복수의 휘도 색차간 예측 신호 사이의 가중 가산은, 다음식과 같이 나타낼 수 있다.
C[j][i]=(k1/K)·A[j][i]+(k2/K)·B1[j][i]+(k3/K)·B2[j][i]
여기서, i, j는, 각각 수평 방향 및 수직 방향의 화소 위치를 나타내고, k1, k2, k3은, 예측 신호 A[j][i] 및 복수의 휘도 색차간 예측 신호 B1[j][i] 및 B2[j][i]의 각각에 대한 가중 계수이다. 이 경우, K=k1+k2+k3이다.
이들 가중 계수 k1, k2, k3에 대해서도, 부호화 장치와 복호 장치 사이에서 공통의 계산 방법이나 고정값을 유지하거나, 또는 부호화 장치가 보조 정보를 생성하여 복호 장치에 전송하도록 구성할 수 있다.
상기는, 합성부(2)에 있어서의 화면내 예측의 경우에 대해서 설명하였으나, 합성부(2)에 있어서의 화면간 예측의 경우도 마찬가지이다.
다음으로, 본 실시예의 복호 장치(31)에 대해서 설명한다.
[복호 장치]
도 6에, 본 실시예의 복호 장치(31)가 구비하는 화상 처리 장치(1d)를 도시한다. 또한, 도 7에, 본 실시예에 따른 복호 장치(31)의 블록도를 도시한다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 종래로부터의 복호 장치와 비교하면, 화상 처리 장치(1d)가 복호 장치에 새롭게 추가되어 있는 점에서 다르다. 화상 처리 장치(1d)는, 합성부(2d)와, 샘플링 레이트 변환부(3d)와, 휘도 색차간 예측부(4d)를 구비한다. 합성부(2d), 샘플링 레이트 변환부(3d), 및 휘도 색차간 예측부(4d)는, 부호화측의 합성부(2), 샘플링 레이트 변환부(3), 및 휘도 색차간 예측부(4)에 각각 대응하고 있으며 동일하게 동작하지만, 휘도 색차간 예측부(4)는 외부에 정규화 파라미터를 송출하는 것이었는 데 비하여, 휘도 색차간 예측부(4d)는 외부로부터 정규화 파라미터를 취득하여, 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측 신호 생성부(42d)를 구비하도록 구성된다.
본 실시예에 따른 복호 장치(31)는, 종래부터 알려진 복호 장치와 마찬가지로, 적어도 휘도 신호와 색차 신호의 처리로서, 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호 또는 V신호)의 부호화 신호를 복호하는 복호 처리 계통과, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 부호화 신호를 복호하는 복호 처리 계통으로 이루어지도록 구성할 수 있다.
보다 구체적으로는, 본 실시예에 따른 복호 장치(31)는, 2개의 복호 처리 계통으로서, 가변 길이 복호부(32-1, 32-2)와, 역양자화부(33-1, 33-2)와, 역직교 변환부(34-1, 34-2)와, 가산부(35-1, 35-2)와, 화상 처리 장치(1d)와, 메모리(36-1, 36-2)와, 화면간·화면내 예측부(37-1, 37-2)와, 재배열부(38)를 구비한다. 도 7에 도시한 예에서는, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 부호화 신호를 복호하는 복호 처리는 종래 기술에 있어서의 구성과 동일하다고 생각해도 되기 때문에, 대표적으로, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 부호화 신호를 복호하는 복호 처리에 대해서 설명한다.
도 6을 참조하면, 화상 처리 장치(1d)에 있어서, 샘플링 레이트 변환부(3d)는, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, Y신호)의 복호 신호에 대하여 전술한 바와 같이 샘플링 레이트 변환을 실시하고, 휘도 색차간 예측부(4d)는, 부호화 장치(10)로부터 전송되는 정규화 파라미터에 의해 수정함으로써 휘도 색차간 예측 신호를 생성하며, 합성부(2d)는, 이 휘도 색차간 예측 신호와, 제2 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)에 대해서 화면간·화면내 예측부(37-1)에서 종래와 동일한 기법으로 생성되는 예측 신호(외삽에 의한 화면내 예측의 예측 신호, 또는, 움직임 보상에 의한 화면간 예측의 예측 신호)를 가중 가산으로 합성하여, 수정 예측 신호를 생성한다. 이 정규화 파라미터는, 부호화 장치(10)에 의해, 제1 컴포넌트 신호의 원신호의 신호 요소에 기초하여, 제2 컴포넌트 신호의 국부 복호 신호의 신호 요소를 수정하기 위한 수정량을 나타내는 것으로서 생성된 것이기 때문에, 합성부(2d)로부터 얻어지는 수정 예측 신호가, 부호화 장치(10)측의 합성부(2)로부터 얻어지는 수정 예측 신호와 동등해지도록 가산 합성을 행할 수 있으며, 원신호에 매우 가까운 값으로 복원할 수 있다.
[화면간 예측 동작시]
도 7을 참조하면, 가변 길이 복호부(32-1)는, 화면간 예측으로 부호화된 비트 스트림을 입력하고, 가변 길이 복호 처리를 실시하여 역양자화부(33-1)에 송출하며, 움직임 벡터의 정보를 복호하여 화면간·화면내 예측부(37-1)에 송출하고, 정규화 파라미터를 복호하여 화상 처리 장치(1d)에 송출한다.
역양자화부(33-1)는, 가변 길이 복호부(32-1)로부터 공급되는 양자화 신호에 대하여 역양자화 처리를 실시하여 움직임 보상한 차분 신호의 직교 변환 계수를 취득하고, 역직교 변환부(34-1)에 송출한다.
역직교 변환부(34-1)는, 역양자화부(33-1)로부터 공급되는 차분 신호의 직교 변환 계수에 대하여, 역직교 변환(예컨대, IDCT)을 실시하고, 얻어지는 당해 차분 신호를 가산부(35-1)에 송출한다.
화상 처리 장치(1d)는, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 가변 길이 복호부(32-1)로부터 입력되는 정규화 파라미터에 의해, 메모리(36-2)로부터 얻어지는 제2 컴포넌트 신호의 복호 신호를 수정하고, 제1 컴포넌트 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하며, 이 휘도 색차간 예측 신호와 화면간·화면내 예측부(37-1)로부터 기존의 움직임 보상으로 얻어지는 예측 신호를 가산 합성하여 수정 예측 신호를 생성하고, 가산부(35-1)에 송출한다.
한편, 합성부(2d)는, 부호화측의 합성부(2)와 마찬가지로 가중 가산하여 합성함으로써 수정 예측 신호를 생성할 수 있다.
가산부(35-1)는, 역직교 변환부(34-1)로부터 얻어지는 상기 차분 신호와, 합성부(2d)로부터 공급되는 수정 예측 신호를 가산하여 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)를 복원하고, 재배열부(38)에 송출한다.
재배열부(38)는, 복원한 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)를 표시 신호로서 재배열을 행한다.
[화면내 예측 동작시]
가변 길이 복호부(32-1)는, 화면내 예측으로 부호화된 비트 스트림을 입력하고, 가변 길이 복호 처리를 실시하여 역양자화부(33-1)에 송출한다. 또한, 가변 길이 복호부(32-1)는, 종래로부터의 외삽에 이용하는 예측 파라미터를 화면간·화면내 예측부(37-1)에 송출하고, 정규화 파라미터를 화상 처리 장치(1d)에 송출한다.
역양자화부(33-1)는, 가변 길이 복호부(32-1)로부터 공급되는 양자화 신호에 대하여 역양자화 처리를 실시하여 움직임 보상한 차분 신호의 직교 변환 계수를 취득하고, 역직교 변환부(34-1)에 송출한다.
역직교 변환부(34-1)는, 역양자화부(33-1)로부터 공급되는 차분 신호의 직교 변환 계수에 대하여, 역직교 변환(예컨대, IDCT)을 실시하고, 얻어지는 당해 차분 신호를 가산부(35-1)에 송출한다.
화상 처리 장치(1d)는, 도 6을 참조하여 설명한 바와 같이, 가변 길이 복호부(32-1)로부터 입력되는 정규화 파라미터에 의해, 메모리(36-2)로부터 얻어지는 제2 컴포넌트 신호의 복호 신호를 수정하고, 제1 컴포넌트 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하며, 이 휘도 색차간 예측 신호와 화면간·화면내 예측부(37-1)로부터 기존의 외삽 처리로 얻어지는 예측 신호를 가산 합성하여 수정 예측 신호를 생성하고, 가산부(35-1)에 송출한다.
따라서, 합성부(2d)의 동작은, 부호화 장치(10)에 있어서의 합성부(2)와 동일하다.
가산부(35-1)는, 역직교 변환부(34-1)로부터 얻어지는 상기 차분 신호와, 화면간·화면내 예측부(37-1)로부터 공급되는 수정 예측 신호를 가산하여 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)를 복원하고, 재배열부(38)에 송출한다.
재배열부(38)는, 복원한 제1 컴포넌트 신호(예컨대, U신호)를 표시 신호로서 재배열을 행한다.
본 실시예의 복호 장치(31)에 의하면, 정규화 파라미터를 이용하여 복호하기 때문에, 부호화 전의 원신호에 가까운 컴포넌트 신호를 복원할 수 있게 된다.
이에 의해, 본 실시예의 부호화 장치 및 복호 장치에 의하면, 비가역의 부호화 방식으로 부호화된 화상 신호라도, 화상 열화가 적은 화상으로서 수정할 수 있고, 부호화에 기인하여 발생하고 있던 화상 열화를 보다 저감시킬 수 있게 된다.
한편, MPEG-4AVC/H.264 등 많은 부호화 방식에 있어서의 직교 변환으로서 DCT가 이용되고 있으나, 본 실시예의 부호화 장치 및 복호 장치에 있어서의 화상 처리 장치에 의하면, 일반적으로 이용되고 있는 화상 신호의 휘도 신호와 색차 신호의 샘플링 주파수의 차이를 이용하는 것이기 때문에, 임의의 부호화 방식에 적용할 수 있다. 특히, 비가역의 부호화 방식에 의해 열화된 화상을 입력하고, 그 부호화 방식에 의한 열화를 회복시키는 것을 목적으로 하는 경우에는, 입력에 이용한 부호화 방식과 동일한 직교 변환을 이용함으로써, 보다 열화 저감의 효과를 발휘하게 된다.
또한, 본 발명의 일 양태로서, 본 발명의 부호화 장치 또는 복호 장치를 컴퓨터로서 구성시킬 수 있다. 컴퓨터에, 전술한 부호화 장치 또는 복호 장치의 각 구성 요소를 실현시키기 위한 프로그램은, 컴퓨터의 내부 또는 외부에 구비되는 기억부에 기억된다. 그와 같은 기억부는, 외장형 하드 디스크 등의 외부 기억 장치, 또는 ROM 또는 RAM 등의 내부 기억 장치로 실현할 수 있다. 컴퓨터에 구비되는 제어부는, 중앙 연산 처리 장치(CPU) 등의 제어로 실현할 수 있다. 즉, CPU가, 각 구성 요소의 기능을 실현하기 위한 처리 내용이 기술된 프로그램을, 적절히, 기억부로부터 읽어들여, 각 구성 요소의 기능을 컴퓨터 상에서 실현시킬 수 있다. 여기서, 각 구성 요소의 기능을 하드웨어의 일부로 실현해도 좋다.
또한, 이 처리 내용을 기술한 프로그램을, 예컨대 DVD 또는 CD-ROM 등의 휴대형 기록 매체의 판매, 양도, 대여 등에 의해 유통시킬 수 있는 것 외에, 그와 같은 프로그램을, 예컨대 네트워크 상에 있는 서버의 기억부에 기억해 두고, 네트워크를 통해 서버로부터 다른 컴퓨터에 그 프로그램을 전송함으로써, 유통시킬 수 있다.
또한, 그와 같은 프로그램을 실행하는 컴퓨터는, 예컨대, 휴대형 기록 매체에 기록된 프로그램 또는 서버로부터 전송된 프로그램을, 일단, 자기의 기억부에 기억할 수 있다. 또한, 이 프로그램의 다른 실시양태로서, 컴퓨터가 휴대형 기록 매체로부터 직접 프로그램을 판독하고, 그 프로그램에 따른 처리를 실행하는 것으로 해도 좋고, 또한, 이 컴퓨터에 서버로부터 프로그램이 전송될 때마다, 순차, 수취한 프로그램에 따른 처리를 실행하는 것으로 해도 좋다.
이상, 구체예를 들어 본 발명의 실시예를 상세히 설명하였으나, 본 발명의 특허청구의 범위로부터 일탈하지 않는 한에 있어서, 모든 변형이나 변경이 가능한 것은 당업자에게 분명하다.
예컨대, 본 발명에 의한 부호화 장치는, 각 컴포넌트 신호가 입력되어 샘플링 레이트를 변환한 신호에 대해서 비교 동작을 행하는 것이나, 각 컴포넌트 신호가 입력되어 샘플링 레이트를 변환한 신호의 직교 변환 계수에 대해서 비교 동작을 행하는 것이나, 각 컴포넌트 신호의 직교 변환 계수의 신호가 입력되어 샘플링 레이트를 변환한 신호에 대해서 양자화한 후에 비교 동작을 행하는 것 등의 여러 가지 변형예가 가능하다. 또한, 본 발명에 의한 부호화 장치 또는 복호 장치는, 예컨대 휘도와 색차를 나타내는 적어도 2개의 컴포넌트 신호를 부호화 또는 복호하는 데 있어서, 예컨대, 부호화 또는 복호 처리의 처음이나 화상 프레임의 에지부 등, 국부 복호가 완료된 컴포넌트 신호를 이용하여 다른 컴포넌트 신호를 예측할 수 없는 경우에는, 종래와 같은 처리를 행하여, 국부 복호가 완료된 컴포넌트 신호가 메모리에 저장되고, 대응하는 화소 위치의 컴포넌트 신호 비교가 가능해진 시점에서 동작하도록 구성하면 된다.
본 발명에 의하면, 샘플링 주파수가 상이한 색 공간의 신호 성분으로 이루어지는 화상 신호에 있어서의 열화가 저감되도록, 상기 화상 신호를 수정할 수 있기 때문에, 비가역의 부호화 방식에 의한 부호화 처리를 취급하는 화상 신호를 이용하는 임의의 용도에 유용하다.
1, 1d: 화상 처리 장치 2, 2d: 합성부
3, 3d: 샘플링 레이트 변환부 4, 4d: 휘도 색차간 예측부
10: 부호화 장치 12-1, 12-2: 재배열부
13-1, 13-2: 감산부 14-1, 14-2: 직교 변환부
15-1, 15-2: 양자화부 16-1, 16-2: 가변 길이 부호화부
17-1, 17-2: 역양자화부 18-1, 18-2: 역직교 변환부
21-1, 21-2: 메모리 22-1, 22-2: 화면간·화면내 예측부
23-1, 23-2: 가산부 25: 비트 스트림 구성부
31: 복호 장치 32-1, 32-2: 가변 길이 복호부
33-1, 33-2: 역양자화부 34-1, 34-2: 역직교 변환부
35-1, 35-2: 가산부 36-1, 36-2: 메모리
37-1, 37-2: 화면간·화면내 예측부 38: 재배열부
41: 비교부 42, 42d: 휘도 색차간 예측 신호 생성부
100: 부호 장치

Claims (6)

  1. 화상 신호를 처리하는 부호화 장치에 있어서,
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 휘도 신호의 예측 신호인 휘도 예측 신호를 생성하는 제1 예측부;
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 색차 신호의 예측 신호인 색차 예측 신호를 생성하는 제2 예측부;
    휘도 신호의 신호 요소의 에너지와 색차 신호의 신호 요소의 에너지 간의 비교를 가능하게 하는 정규화 파라미터에 기초하여 휘도 신호의 국부 복호 신호의 신호 요소를 수정함으로써 색차 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측부;
    상기 색차 예측 신호와 상기 휘도 색차간 예측 신호를 합성함으로써 색차 신호의 예측 신호인 수정 색차 예측 신호를 생성하는 합성부; 및
    휘도 신호로부터 상기 휘도 예측 신호를 감산함으로써 휘도 신호의 잔차 신호를 생성하고, 색차 신호로부터 상기 수정 색차 예측 신호를 감산함으로써 색차 신호의 잔차 신호를 생성하는 감산부를 포함하는 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    색차 신호의 샘플링 레이트와 일치하도록 휘도 신호의 샘플링 레이트를 변환하는 레이트 변환부를 포함하는 부호화 장치.
  3. 화상 신호를 처리하는 복호 장치에 있어서,
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 휘도 신호의 예측 신호인 휘도 예측 신호를 생성하는 제1 예측부;
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 색차 신호의 예측 신호인 색차 예측 신호를 생성하는 제2 예측부;
    휘도 신호의 신호 요소의 에너지와 색차 신호의 신호 요소의 에너지 간의 비교를 가능하게 하는 정규화 파라미터에 기초하여 휘도 신호의 국부 복호 신호의 신호 요소를 수정함으로써 색차 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 휘도 색차간 예측부;
    상기 색차 예측 신호와 상기 휘도 색차간 예측 신호를 합성함으로써 색차 신호의 예측 신호인 수정 색차 예측 신호를 생성하는 합성부; 및
    휘도 신호의 잔차 신호 및 상기 휘도 예측 신호를 가산함으로써 휘도 신호를 생성하고, 색차 신호의 잔차 신호 및 상기 수정 색차 예측 신호를 가산함으로써 색차 신호를 생성하는 가산부를 포함하는 복호 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    색차 신호의 샘플링 레이트와 일치하도록 휘도 신호의 샘플링 레이트를 변환하는 레이트 변환부를 포함하는 복호 장치.
  5. 화상 신호를 처리하기 위한 부호화 장치로서 구성되는 컴퓨터로 하여금 처리를 실행하도록 하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 있어서,
    상기 처리는,
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 휘도 신호의 예측 신호인 휘도 예측 신호를 생성하는 단계;
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 색차 신호의 예측 신호인 색차 예측 신호를 생성하는 단계;
    휘도 신호의 신호 요소의 에너지와 색차 신호의 신호 요소의 에너지 간의 비교를 가능하게 하는 정규화 파라미터에 기초하여 휘도 신호의 국부 복호 신호의 신호 요소를 수정함으로써 색차 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 단계;
    상기 색차 예측 신호와 상기 휘도 색차간 예측 신호를 합성함으로써 색차 신호의 예측 신호인 수정 색차 예측 신호를 생성하는 단계; 및
    휘도 신호로부터 상기 휘도 예측 신호를 감산함으로써 휘도 신호의 잔차 신호를 생성하고, 색차 신호로부터 상기 수정 색차 예측 신호를 감산함으로써 색차 신호의 잔차 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것인 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
  6. 화상 신호를 처리하기 위한 복호 장치로서 구성되는 컴퓨터로 하여금 처리를 실행하도록 하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독가능한 기록매체에 있어서,
    상기 처리는,
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 휘도 신호의 예측 신호인 휘도 예측 신호를 생성하는 단계;
    화면내 예측 또는 화면간 예측을 사용하여 색차 신호의 예측 신호인 색차 예측 신호를 생성하는 단계;
    휘도 신호의 신호 요소의 에너지와 색차 신호의 신호 요소의 에너지 간의 비교를 가능하게 하는 정규화 파라미터에 기초하여 휘도 신호의 국부 복호 신호의 신호 요소를 수정함으로써 색차 신호를 예측하기 위한 휘도 색차간 예측 신호를 생성하는 단계;
    상기 색차 예측 신호와 상기 휘도 색차간 신호를 합성함으로써 색차 신호의 예측 신호인 수정 색차 예측 신호를 생성하는 단계; 및
    휘도 신호의 잔차 신호 및 상기 휘도 예측 신호를 가산함으로써 휘도 신호를 생성하고, 색차 신호의 잔차 신호 및 상기 수정 색차 예측 신호를 가산함으로써 색차 신호를 생성하는 단계를 포함하는 것인 컴퓨터 판독가능한 기록매체.
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