KR102585485B1 - 화상 부호화 장치, 화상 복호 장치 및 프로그램 - Google Patents

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Abstract

화상 부호화 장치(1)는 블록 단위의 대상 화상을 부호화한다. 화상 부호화 장치(1)는, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행함으로써 상기 대상 화상에 대응하는 예측 화상을 생성하는 예측부(109)와, 상기 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하는 평가부(111)와, 상기 대상 화상과 상기 예측 화상 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차를 산출하는 산출부(101)와, 상기 평가부에 의한 평가 결과에 기초하여, 직교 변환 및 양자화를 적용하는 상기 예측 잔차의 일부의 영역을 결정하는 결정부(112)와, 상기 예측 잔차에 있어서의 상기 일부의 영역에 한정하여 직교 변환 및 양자화를 행하는 변환 · 양자화부(102)를 구비한다.

Description

화상 부호화 장치, 화상 복호 장치 및 프로그램{IMAGE ENCODING DEVICE, IMAGE DECODING DEVICE, AND PROGRAM}
본 발명은 화상 부호화 장치, 화상 복호 장치 및 프로그램에 관한 것이다.
종래 대상 화상(화상 블록)을 부호화하는 부호화 장치에 있어서, 복수의 참조 화상을 이용하여 움직임 보상 예측을 행하고, 대상 화상에 대응하는 예측 화상을 생성하여, 그 대상 화상과 예측 화상 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차에 대하여 직교 변환 및 양자화를 행하는 방법이 알려져 있다.
또한, 화상 부호화 장치는, 직교 변환 및 양자화에 의해 얻어진 양자화 변환 계수를 엔트로피 부호화에 의해 부호화함과 더불어, 양자화 변환 계수에 대하여 역양자화 및 역직교 변환을 행하여 예측 잔차를 복원한다. 그리고, 화상 부호화 장치는, 복원한 예측 잔차를 예측 화상과 합성하여 대상 화상을 재구성하여, 재구성 화상을 그 이후의 예측에 이용한다.
한편, 화상 복호 장치는, 엔트로피 부호화된 양자화 변환 계수를 복호함과 더불어, 복수의 참조 화상을 이용하여 움직임 보상 예측을 행하여, 대상 화상에 대응하는 예측 화상을 생성한다. 화상 복호 장치는, 양자화 변환 계수를 역양자화 및 역직교 변환하여 예측 잔차를 복원하고, 복원 예측 잔차를 예측 화상과 합성하여 대상 화상을 재구성한다.
이러한 화상 부호화 장치 및 화상 복호 장치는, 복수의 참조 화상을 이용하는 움직임 보상 예측에 있어서, 예컨대 복수의 참조 화상을 평균화함으로써 예측 화상을 생성한다(비특허문헌 1 참조).
비특허문헌1 : Recommendation ITU-T H.265, (12/2016), "High efficiency video coding", International Telecommunication Union
그러나, 예측 화상을 생성하기 위한 복수의 참조 화상 사이의 유사도가 현저하게 낮은 부분이 존재하는 경우, 그 부분에 있어서의 예측 화상의 정밀도(즉, 예측 정밀도)가 저하하고, 상기 부분에 있어서의 예측 잔차가 다른 부분과 비교하여 커진다.
예측 잔차가 큰 부분과 작은 부분이 혼재하는 예측 잔차를 직교 변환하면, 저주파수 성분에 전력이 집중하지 않고서 변환 계수의 전력 집중도가 저하한다. 이러한 변환 계수에 관해서 고주파수 성분을 거칠게 양자화하면, 고주파수 성분에 있어서의 변환 계수가 열화된다. 이러한 변환 계수의 열화는 역양자화 및 역직교 변환을 거쳐 화상(블록) 내에 전체적으로 전파된다.
이와 같이 하여 열화된 복원 예측 잔차를 예측 화상에 합성하여 대상 화상 블록을 재구성하면, 고정밀도의 예측이 이루어진 부분에도 화질의 열화가 전파되어 버린다. 즉, 예측 정밀도가 낮은 부분에 기인하여, 예측 정밀도가 높은 부분에도 직교 변환 계수의 양자화의 영향이 전파됨으로써 화질이 열화되고, 이에 따라, 부호화 효율의 저하를 야기한다고 하는 문제가 있었다.
그래서 본 발명은, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행하는 경우에 있어서 부호화 효율을 개선할 수 있는 화상 부호화 장치, 화상 복호 장치 및 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
제1 특징에 따른 화상 부호화 장치는, 입력 화상을 분할하여 얻어진 블록 단위의 대상 화상을 부호화한다. 화상 부호화 장치는, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행함으로써 상기 대상 화상에 대응하는 예측 화상을 생성하는 예측부와, 상기 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하는 평가부와, 상기 대상 화상과 상기 예측 화상 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차를 산출하는 산출부와, 상기 평가부에 의한 평가 결과에 기초하여, 직교 변환 및 양자화를 적용하는 상기 예측 잔차의 일부의 영역을 결정하는 결정부와, 상기 예측 잔차에 있어서의 상기 일부의 영역에 한정하여 직교 변환 및 양자화를 행하는 변환 · 양자화부를 구비한다.
여기서, 예측부가 행하는 예측은, 복수의 참조 화상을 이용하는 것이라면 어떠한 예측 방식인지를 막론하고, 다양한 예측 방식을 이용할 수 있다. 대표적인 예측 방법의 예로서는 양방향 움직임 보상 예측을 들 수 있지만, HEVC 방식에서 이용되고 있는 Intra BC 모드(인트라 블록 카피 모드)에 의한 예측이라도 좋다.
제2 특징에 따른 화상 복호 장치는, 부호화 데이터로부터 블록 단위의 대상 화상을 복호한다. 화상 복호 장치는, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행함으로써, 상기 대상 화상에 대응하는 예측 화상을 생성하는 예측부와, 상기 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하는 평가부와, 상기 부호화 데이터를 복호하여, 화상 부호화 장치에 있어서 직교 변환 및 양자화가 적용된 일부의 영역에 대응하는 양자화 변환 계수를 취득하는 엔트로피 복호부와, 상기 평가부에 의한 평가 결과에 기초하여 상기 일부의 영역을 특정하는 특정부를 구비한다.
제3 특징에 따른 프로그램은, 컴퓨터를 제1 특징에 따른 화상 부호화 장치로서 기능시키기 위한 프로그램이다.
제4 특징에 따른 프로그램은, 컴퓨터를 제2 특징에 따른 화상 복호 장치로서 기능시키기 위한 프로그램이다.
본 발명에 의하면, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행하는 경우에 있어서 부호화 효율을 개선할 수 있는 화상 부호화 장치, 화상 복호 장치 및 프로그램을 제공할 수 있다.
도 1은 실시형태에 따른 화상 부호화 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 화상 복호 장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 움직임 보상 예측의 일례를 도시하는 도면이다.
도 4는 움직임 보상 예측에 의해 생성되는 예측 화상의 일례를 도시하는 도면이다.
도 5는 평가부의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 6은 실시형태에 따른 결정부의 동작의 일례를 도시하는 도면이다.
도 7은 실시형태에 따른 화상 부호화 장치에 있어서의 동작 플로우의 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시형태에 따른 화상 복호 장치에 있어서의 동작 플로우의 예를 도시하는 도면이다.
도 9는 실시형태의 변경예 2에 있어서의 동작예를 도시하는 도면이다.
도 10은 실시형태의 변경예 3에 있어서의 동작예를 도시하는 도면이다.
도면을 참조하여, 실시형태에 따른 화상 부호화 장치 및 화상 복호 장치에 관해서 설명한다. 실시형태에 따른 화상 부호화 장치 및 화상 복호 장치는, MPEG로 대표되는 동화상의 부호화 및 복호를 행한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일하거나 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다.
<1. 화상 부호화 장치의 구성>
도 1은 실시형태에 따른 화상 부호화 장치(1)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 1에 도시하는 것과 같이, 화상 부호화 장치(1)는 블록 분할부(100)와 감산부(산출부)(101)와 변환부(102a)와 양자화부(102b)와 엔트로피 부호화부(103)와 역양자화부(104a)와 역변환부(104b)와 합성부(105)와 인트라 예측부(106)와 루프 필터(107)와 프레임 메모리(108)와 움직임 보상 예측부(109)와 전환부(110)와 평가부(111)와 결정부(112)를 구비한다.
블록 분할부(100)는, 프레임(혹은 픽쳐) 단위의 입력 화상을 블록형의 소영역으로 분할하여, 화상 블록을 감산부(101)(및 움직임 보상 예측부(109))에 출력한다. 화상 블록의 사이즈는 예컨대 32×32 화소, 16×16 화소, 8×8 화소 또는 4×4 화소 등이다. 단, 화상 블록의 형상은 정방형에 한정되는 것은 아니며, 장방형의 형상이라도 좋다. 화상 블록은, 화상 부호화 장치(1)가 부호화를 행하는 단위 및 화상 복호 장치(2)가 복호를 행하는 단위이며, 이러한 화상 블록을 대상 화상 블록이라고 부른다. 이러한 화상 블록은 부호화 유닛(CU: CodingUnit)이나 부호화 블록(CB: Coding Block)이라고 불리는 경우가 있다.
감산부(101)는, 블록 분할부(100)로부터 입력된 대상 화상 블록과 대상 화상 블록에 대응하는 예측 화상(예측 화상 블록) 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차를 산출한다. 구체적으로는 감산부(101)는, 대상 화상 블록의 각 화소치로부터 예측 화상의 각 화소치를 감산함으로써 예측 잔차를 산출하여, 산출한 예측 잔차를 변환부(102a)에 출력한다. 또한, 예측 화상은 후술하는 인트라 예측부(106) 또는 움직임 보상 예측부(109)로부터 전환부(110)를 통해 감산부(101)에 입력된다.
변환부(102a) 및 양자화부(102b)는, 예측 잔차에 대하여 직교 변환 처리 및 양자화 처리를 행하는 변환 · 양자화부(102)를 구성한다. 변환 · 양자화부(102)는, 대상 화상 블록의 모든 화소 위치의 예측 잔차를 대상으로 하여 직교 변환 및 양자화를 행하는 것은 아니고, 대상 화상 블록의 일부 영역의 예측 잔차를 대상으로 하여 직교 변환 및 양자화를 행한다. 이러한 일부의 영역은 예측 잔차가 크다고 상정되는 영역이며, 결정부(112)에 의해 결정된다. 이하에서, 이러한 일부의 영역을 「부분적 변환 블록」이라고 부른다. 부분적 변환 블록은 대상 화상 블록의 일부이다.
변환부(102a)는, 결정부(112)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 정보에 기초하여, 감산부(101)로부터 입력된 대상 화상 블록의 예측 잔차 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역을 특정한다. 변환부(102a)는, 감산부(101)로부터 입력된 예측 잔차로부터 부분적 변환 블록의 예측 잔차를 추출하여, 추출한 예측 잔차에 대하여 직교 변환을 행하고, 공간 주파수 성분의 강도(전력)를 나타내는 변환 계수를 산출하여, 산출한 변환 계수를 양자화부(102b)에 출력한다. 여기서, 직교 변환이란, 예컨대 이산 코사인 변환(DCT: Discrete Cosine Transform)이나 이산 사인 변환(DST: Discrete Sine Transform), 칼루넨레이브 변환(KLT: Karhunen-Loeve Transform) 등을 말한다.
양자화부(102b)는, 변환부(102a)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 변환 계수를 양자화 파라미터(Qp) 및 양자화 행렬을 이용하여 양자화하여, 양자화 변환 계수를 생성한다. 양자화 파라미터(Qp)는, 블록 내의 각 변환 계수에 대하여 공통적으로 적용되는 파라미터이며, 양자화의 거칠기를 정하는 파라미터이다. 양자화 행렬은, 각 변환 계수를 양자화할 때의 양자화치를 요소로서 갖는 행렬이다. 양자화부(102b)는, 양자화 제어 정보, 생성한 양자화 변환 계수 정보 등을 엔트로피 부호화부(103) 및 역양자화부(104b)에 출력한다.
엔트로피 부호화부(103)는, 양자화부(102b)로부터 입력된 부분적 변환 블록양자화 변환 계수에 대하여 엔트로피 부호화를 행하고, 데이터 압축을 행하여 부호화 데이터(비트 스트림)를 생성하고, 부호화 데이터를 화상 부호화 장치(1)의 외부로 출력한다. 엔트로피 부호화에는, 하프만 부호나 CABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding; 콘텍스트 적응형 2치 산술 부호) 등을 이용할 수 있다. 또한, 엔트로피 부호화부(103)에는, 인트라 예측부(106) 및 움직임 보상 예측부(109)로부터 예측에 관한 정보가 입력되고, 루프 필터(107)로부터 필터 처리에 관한 정보가 입력되고, 결정부(112)로부터 부분적 변환 블록에 관한 정보가 입력된다. 엔트로피 부호화부(103)는 이들 정보의 엔트로피 부호화도 행한다.
역양자화부(104a) 및 역변환부(104b)는 역양자화 · 역변환부(104)를 구성한다. 역양자화 · 역변환부(104)는, 양자화부(102b)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수에 대하여 역양자화 및 역직교 변환을 행함으로써, 부분적 변환 블록에 대응하는 부분적인 예측 잔차를 복원한다.
역양자화부(104a)는, 양자화부(102b)가 행하는 양자화 처리에 대응하는 역양자화 처리를 행한다. 구체적으로는 역양자화부(104a)는, 양자화부(102b)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수를, 양자화 파라미터(Qp) 및 양자화 행렬을 이용하여 역양자화함으로써, 변환 계수를 복원하고, 복원한 변환 계수를 역변환부(104b)에 출력한다.
역변환부(104b)는, 변환부(102a)가 행하는 직교 변환 처리에 대응하는 역직교 변환 처리를 행한다. 예컨대 변환부(102a)가 이산 코사인 변환을 행한 경우에는, 역변환부(104b)는 역이산 코사인 변환을 행한다. 역변환부(104b)는, 역양자화부(104a)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 변환 계수에 대하여 역직교 변환을 행하여 부분적인 예측 잔차를 복원하고, 복원한 부분적인 예측 잔차를 합성부(105)에 출력한다.
합성부(105)는, 결정부(112)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 정보에 기초하여, 전환부(110)로부터 입력된 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역을 특정한다. 그리고, 합성부(105)는, 역변환부(104b)로부터 입력된 복원 예측 잔차(복원된 부분적인 예측 잔차)를, 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역과 합성함으로써, 대상 화상 블록을 재구성한다. 구체적으로는 합성부(105)는, 복원된 부분적인 예측 잔차의 각 화소치와 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역의 각 화소치를 가산하여 대상 화상 블록을 재구성한다. 합성부(105)는, 재구성한 대상 화상 블록인 재구성 화상을 인트라 예측부(106) 및 루프 필터(107)에 출력한다.
인트라 예측부(106)는, 합성부(105)로부터 입력된 재구성 화상을 이용하여 인트라 예측을 행하여 인트라 예측 화상을 생성하고, 인트라 예측 화상을 전환부(110)에 출력한다. 또한, 인트라 예측부(106)는 선택한 인트라 예측 모드의 정보 등을 엔트로피 부호화부(103)에 출력한다.
루프 필터(107)는, 합성부(105)로부터 입력된 재구성 화상에 대하여, 후처리로서의 필터 처리를 행하고, 필터 처리 후의 재구성 화상을 프레임 메모리(108)에 출력한다. 또한, 루프 필터(107)는 필터 처리에 관한 정보를 엔트로피 부호화부(103)에 출력한다.
프레임 메모리(108)는 루프 필터(107)로부터 입력된 재구성 화상을 프레임 단위로 기억한다.
움직임 보상 예측부(109)는, 프레임 메모리(108)에 기억된 하나 또는 복수의 재구성 화상을 참조 화상으로서 이용하는 인터 예측을 행한다. 구체적으로는 움직임 보상 예측부(109)는, 블록 매칭 등의 수법에 의해 움직임 벡터를 산출하고, 움직임 벡터에 기초하여 움직임 보상 예측 화상을 생성하여, 움직임 보상 예측 화상을 전환부(110)에 출력한다. 또한, 움직임 보상 예측부(109)는 움직임 벡터에 관한 정보를 엔트로피 부호화부(103)에 출력한다.
전환부(110)는, 인트라 예측부(106)로부터 입력된 인트라 예측 화상과, 움직임 보상 예측부(109)로부터 입력된 움직임 보상 예측 화상을 전환하여, 예측 화상(인트라 예측 화상또는 움직임 보상 예측 화상)을 감산부(101) 및 합성부(105)에 출력한다.
평가부(111)는, 움직임 보상 예측부(109)가 복수의 참조 화상을 이용하여 움직임 보상 예측을 행하는 경우에 있어서, 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하여, 평가 결과의 정보를 결정부(112)에 출력한다. 또한, 평가부(111)는, 복수의 참조 화상을 이용한 인트라 예측(예컨대 인트라 블록 카피 모드) 등을 이용하는 경우이며, 인트라 예측부(106)가 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행하는 경우에도, 복수의 참조 화상 사이의 유사도 평가를 행하여도 좋다.
결정부(112)는, 평가부(111)에 의한 평가 결과에 기초하여, 직교 변환 및 양자화를 적용하는 부분적 변환 블록을 결정한다. 구체적으로는 결정부(112)는, 평가부(111)에 의한 평가 결과에 기초하여, 부분적 변환 블록의 중심 위치와, 이 중심 위치를 기준으로 한 부분적 변환 블록의 사이즈를 결정한다. 결정부(112)는, 결정한 부분적 변환 블록을 나타내는 정보를 변환부(102a) 및 합성부(105)에 출력하고, 결정한 부분적 변환 블록의 사이즈를 나타내는 정보(사이즈 정보)를 엔트로피 부호화부(103)에 출력한다. 이러한 사이즈 정보는, 엔트로피 부호화부(103)에 있어서 부호화되어, 부호화 데이터에 포함되는 제어 정보의 일부로서 출력된다.
<2. 화상 복호 장치의 구성>
도 2는 실시형태에 따른 화상 복호 장치(2)의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2에 도시하는 것과 같이, 화상 복호 장치(2)는 엔트로피 복호부(200)와 역양자화부(201a)와 역변환부(201b)와 합성부(202)와 인트라 예측부(203)와 루프 필터(204)와 프레임 메모리(205)와 움직임 보상 예측부(206)와 전환부(207)와 평가부(208)와 특정부(209)를 구비한다.
엔트로피 복호부(200)는, 부호화 장치(1)에 의해 생성된 부호화 데이터를 복호하여, 화상 부호화 장치(1)에 있어서 직교 변환 및 양자화가 적용된 부분적 변환 블록에 대응하는 양자화 변환 계수를 역양자화부(201a)에 출력한다. 또한, 엔트로피 복호부(200)는, 부호화 데이터를 복호하여, 예측(인트라 예측 및 움직임 보상 예측)에 관한 정보와 필터 처리에 관한 정보를 취득한다. 엔트로피 복호부(200)는, 예측에 관한 정보를 인트라 예측부(203) 및 움직임 보상 예측부(206)에 출력하고, 필터 처리에 관한 정보를 루프 필터(204)에 출력한다. 엔트로피 복호부(200)는, 부분적 변환 블록의 사이즈 정보를 특정부(209) 및 역변환부(201b)에 출력한다.
역양자화부(201a) 및 역변환부(201b)는 역양자화 · 역변환부(201)를 구성한다. 역양자화 · 역변환부(201)는, 양자화 변환 계수에 대하여 역양자화 및 역직교 변환을 행함으로써, 부분적 변환 블록에 대응하는 부분적인 예측 잔차를 복원한다.
역양자화부(201a)는, 화상 부호화 장치(1)의 양자화부(102b)가 행하는 양자화 처리에 대응하는 역양자화 처리를 행한다. 역양자화부(201a)는, 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수를, 양자화 파라미터(Qp) 및 양자화 행렬을 이용하여 역양자화함으로써, 변환 계수를 복원하여, 복원한 변환 계수를 역변환부(201b)에 출력한다.
역변환부(201b)는, 화상 부호화 장치(1)의 변환부(102a)가 행하는 직교 변환 처리에 대응하는 역직교 변환 처리를 행한다. 역변환부(201b)는, 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 사이즈 정보에 기초하여, 역양자화부(201a)로부터 입력된 변환 계수에 대하여 역직교 변환을 행하여 예측 잔차를 복원하고, 복원한 예측 잔차(복원 예측 잔차)를 합성부(202)에 출력한다.
합성부(202)는, 특정부(209)로부터 입력된 부분적 변환 블록의 정보에 기초하여, 전환부(207)로부터 입력된 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역을 특정한다. 합성부(202)는, 역변환부(201b)에 의해 복원된 부분적인 예측 잔차를, 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역과 화소 단위로 합성함으로써, 원래의 대상 화상 블록을 재구성하여, 재구성 화상 블록을 인트라 예측부(203) 및 루프 필터(204)에 출력한다.
인트라 예측부(203)는, 합성부(202)로부터 입력된 재구성 화상 블록을 참조하여, 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 인트라 예측 정보에 따라서 인트라 예측을 행함으로써 인트라 예측 화상을 생성하여, 인트라 예측 화상을 전환부(207)에 출력한다.
루프 필터(204)는, 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 필터 처리 정보에 기초하여, 합성부(202)로부터 입력된 재구성 화상에 대하여, 화상 부호화 장치(1)의 루프 필터(107)가 행하는 필터 처리와 같은 식의 필터 처리를 행하고, 필터 처리 후의 재구성 화상을 프레임 메모리(205)에 출력한다.
프레임 메모리(205)는 루프 필터(204)로부터 입력된 재구성 화상을 프레임 단위로 기억한다. 프레임 메모리(205)는 기억한 재구성 화상을 표시순으로 화상 복호 장치(2)의 외부로 출력한다.
움직임 보상 예측부(206)는, 프레임 메모리(205)에 기억된 하나 또는 복수의 재구성 화상을 참조 화상으로서 이용하여, 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 움직임 벡터 정보에 따라서 움직임 보상 예측(인터 예측)을 행함으로써, 움직임 보상 예측 화상을 생성하여, 움직임 보상 예측 화상을 전환부(207)에 출력한다.
전환부(207)는, 인트라 예측부(203)로부터 입력된 인트라 예측 화상과 움직임 보상 예측부(206)로부터 입력된 움직임 보상 예측 화상을 전환하여, 예측 화상(인트라 예측 화상 또는 움직임 보상 예측 화상)을 합성부(202)에 출력한다.
평가부(208)는 화상 부호화 장치(1)의 평가부(111)와 같은 식의 동작을 행한다. 구체적으로는 평가부(208)는, 움직임 보상 예측부(206)가 복수의 참조 화상을 이용하여 움직임 보상 예측을 행하는 경우에 있어서, 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하여, 평가 결과의 정보를 특정부(209)에 출력한다. 또한, 평가부(208)는, 복수의 참조 화상을 이용한 인트라 예측(예컨대 인트라 블록 카피 모드) 등을 이용하는 경우이며, 인트라 예측부(203)가 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행하는 경우에도, 복수의 참조 화상 사이의 유사도 평가를 행하여도 좋다.
특정부(209)는, 평가부(208)에 의한 평가 결과에 기초하여, 화상 부호화 장치(1)에 있어서 직교 변환 및 양자화가 적용된 부분적 변환 블록을 특정한다. 구체적으로는 특정부(209)는, 평가부(208)에 의한 평가 결과에 기초하여 부분적 변환 블록의 중심 위치를 특정한다. 그리고, 특정부(209)는, 특정한 중심 위치와 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 사이즈 정보에 기초하여, 부분적 변환 블록을 특정한다. 특정부(209)는 특정한 부분적 변환 블록을 나타내는 정보를 합성부(202)에 출력한다.
<3. 움직임 보상 예측>
도 3은 움직임 보상 예측의 일례를 도시하는 도면이다. 도 4는 움직임 보상 예측에 의해 생성되는 예측 화상의 일례를 도시하는 도면이다. 움직임 보상 예측의 심플한 예로서, HEVC에서 이용되고 있는 쌍예측, 특히 전방향과 후방향 예측(양방향 예측)을 이용하는 경우에 관해서 설명한다.
도 3에 도시하는 것과 같이, 움직임 보상 예측은, 대상 프레임(현제 프레임)에 대하여 시간적으로 전 및 후의 프레임을 참조한다. 도 3의 예에서는, t번째 프레임의 화상 중의 블록의 움직임 보상 예측을, t-1번째 프레임과 t+1번째 프레임을 참조하여 행한다. 움직임 보상은, t-1 및 t+1번째 프레임의 참조 프레임 내에서 대상 화상 블록과 유사한 부위(블록)를 시스템에서 설정된 탐색 범위 중에서 검출한다.
검출된 부위가 참조 화상이다. 대상 화상 블록에 대한 참조 화상의 상대 위치를 나타내는 정보가 도면 중에 도시하는 화살표이며, 움직임 벡터라고 불린다. 움직임 벡터의 정보는, 화상 부호화 장치(1)에 있어서, 참조 화상의 프레임 정보와 함께 엔트로피 부호화에 의해 부호화된다. 한편, 화상 복호 장치(2)는 화상 부호화 장치(1)에 의해 생성된 움직임 벡터의 정보에 기초하여 참조 화상을 검출한다.
도 3 및 도 4에 도시하는 것과 같이, 움직임 보상 예측에 의해서 검출된 참조 화상 1 및 2는, 대상 화상 블록에 대하여, 참조하는 프레임 내에서 위치가 맞춰진 유사한 부분 화상이기 때문에, 대상 화상 블록(부호화 대상 화상)과 유사한 화상으로 된다. 도 4의 예에서는, 대상 화상 블록은 별 모양과 부분적인 원 모양을 포함하고 있다. 참조 화상 1은 별 모양과 전체적인 원 모양을 포함하고 있다. 참조 화상 2는 별 모양을 포함하지만, 원 모양을 포함하고 있지 않다.
이러한 참조 화상 1 및 2로부터 예측 화상을 생성한다. 예측 처리는 처리 부하가 높은 처리이기 때문에, 참조 화상 1 및 2를 평균화함으로써 예측 화상을 생성하는 것이 일반적이다. 단, 보다 고도의 처리, 예컨대 로우 패스 필터나 하이 패스 필터 등에 의한 신호 강조 처리를 병용하여 예측 화상을 생성하여도 좋다. 여기서, 참조 화상 1은 원 모양을 포함하고, 참조 화상 2는 원 모양을 포함하지 않기 때문에, 참조 화상 1 및 2를 평균화하여 예측 화상을 생성하면, 예측 화상에 있어서의 원 모양은 참조 화상 1과 비교하여 신호가 반감하고 있다.
참조 화상 1 및 2로부터 얻어진 예측 화상과 대상 화상 블록(부호화 대상 화상)과의 차분이 예측 잔차이다. 도 4에 도시하는 예측 잔차에 있어서, 별 모양 엣지의 틀어진 부분과 동그라미 모양의 틀어진 부분(사선부)에만 큰 차분이 생기고 있지만, 그 이외의 부분에 관해서는 정밀도 좋게 예측을 행할 수 있고, 차분이 적어진다(도 4의 예에서는 차분이 생기지 않았다).
차분이 생기지 않은 부분(별 모양의 비(非)엣지 부분 및 배경 부분)은, 참조 화상 1과 참조 화상 2 사이의 유사도가 높은 부분이며, 고정밀도의 예측이 이루어진 부분이다. 한편, 큰 차분이 생긴 부분은, 각 참조 화상에 특유의 부분, 즉, 참조 화상 1과 참조 화상 2 사이의 유사도가 현저하게 낮은 부분이다. 따라서, 참조 화상 1과 참조 화상 2 사이의 유사도가 현저히 낮은 부분은, 예측 정밀도가 낮고, 큰 차분(잔차)을 생기게 하는 것을 알 수 있다.
이와 같이 차분이 큰 부분과 차분이 없는 부분이 혼재한 예측 잔차를 직교 변환하면, 저주파수 성분에 전력이 집중하지 않고서, 변환 계수의 전력 집중도가 저하한다. 그 결과, 양자화에 의한 변환 계수의 열화가 커져, 이러한 변환 계수의 열화가 역양자화 및 역직교 변환을 거쳐 화상(대상 화상 블록) 내에 전체적으로 전파된다.
그리고, 역양자화 및 역직교 변환에 의해서 복원된 예측 잔차(복원 예측 잔차)를 예측 화상에 합성하여 대상 화상 블록을 재구성하면, 도 4에 도시하는 별 모양의 비엣지 부분 및 배경 부분과 같이 고정밀도의 예측이 이루어진 부분에도 화질의 열화가 전파되어 버린다.
실시형태에서는, 참조 화상 1과 참조 화상 2 사이의 유사도가 낮은 부분(즉, 예측 잔차가 크다고 추정되는 부분)인 부분적 변환 블록에 한정하여 예측 잔차의 직교 변환 및 양자화를 행함으로써, 양자화에 의해 생기는 변환 계수의 열화가 대상 화상 블록 내의 예측 잔차가 작은 영역으로 전파되는 것을 억제할 수 있게 되고, 이에 따라 화질을 개선할 수 있다.
<4. 화상 부호화 장치 및 화상 복호 장치에 있어서의 평가부>
화상 부호화 장치(1)에 있어서, 평가부(111)는, 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 산출함으로써, 예측 화상의 예측 정밀도를 화소 단위로 평가한다. 마찬가지로 화상 복호 장치(2)에 있어서, 평가부(208)는, 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 산출함으로써, 예측 화상의 예측 정밀도를 화소 단위로 평가한다.
도 5는 화상 부호화 장치(1)에 있어서의 평가부(111)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 도 5에 도시하는 것과 같이, 평가부(111)는, 차분 산출부(감산부)(111a)와 정규화부(111b)와 조정부(111c)를 구비한다.
차분 산출부(111a)는, 참조 화상 1과 참조 화상 2 사이의 차분치를 화소 단위로 산출하여, 산출한 차분치를 정규화부(111b)에 출력한다. 차분치는 유사도를 나타내는 값의 일례이다. 차분치가 작을수록 유사도가 높고, 차분치가 클수록 유사도가 낮다고 말할 수 있다. 차분 산출부(111a)는 각 참조 화상에 대하여 필터 처리를 행한 뒤에 차분치를 산출하여도 좋다. 차분 산출부(111a)는, 제곱오차 등의 통계량을 산출하여, 이러한 통계량을 유사도로서 이용하여도 좋다. 이하에서는, 유사도로서 차분치를 이용하는 일례에 관해서 설명한다.
정규화부(111b)는, 유사도 산출부(111a)로부터 입력된 차분치를, 블록 내에서 최대가 되는 차분치(즉, 블록 내의 차분치의 최대치)로 정규화하여 출력한다. 정규화된 차분치는 부분적 변환 블록을 결정하기 위한 중요도로서 이용된다. 차분치가 작을수록 유사도가 높고, 예측 정밀도도 높아지기 때문에, 부호화에 있어서의 중요도가 낮다. 한편, 차분치가 클수록 유사도가 낮고, 예측 정밀도도 낮아지기 때문에, 부호화에 있어서의 중요도가 높다.
정규화부(111b)는, 차분 산출부(111a)로부터 입력된 각 화소의 차분치를, 블록 내에서 차분치가 최대가 되는 화소의 차분치(즉, 블록 내의 차분치의 최대치)로 정규화하여, 정규화한 차분치인 정규화 차분치(중요도)를 출력한다.
조정부(111c)는, 양자화의 거칠기를 정하는 양자화 파라미터(Qp)에 기초하여, 정규화부(111b)로부터 입력된 정규화 차분치를 조정하여, 조정한 정규화 차분치를 출력한다. 양자화의 거칠기가 클수록 복원 예측 잔차의 열화도가 높기 때문에, 조정부(111c)는 양자화 파라미터(Qp)에 기초하여 정규화 차분치(무게)를 조정한다.
평가부(111)가 출력하는 각 화소 위치(ij)의 중요도 Rij는, 예컨대 하기의 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.
Rij=(abs(Xij-Yij)/maxD×Scale(Qp)) ···(1)
식 (1)에 있어서, Xij는 참조 화상 1의 화소 ij의 화소치이고, Yij는 참조 화상 2의 화소 ij의 화소치이고, abs는 절대치를 얻는 함수이다. 도 5에 도시하는 차분 산출부(111a)에서는 abs(Xij-Yij)을 출력한다.
또한, 식 (1)에 있어서, maxD는 블록 내의 차분치 abs(Xij-Yij)의 최대치이다. maxD를 구하기 위해서, 블록 내의 모든 화소에 관해서 차분치를 구할 필요가 있지만, 이 처리를 생략하기 위해서 이미 부호화 처리 완료된 인접하는 블록의 최대치 등으로 대용하여도 좋다. 혹은 양자화 파라미터(Qp)와 maxD의 대응 관계를 정하는 테이블을 이용하여, 양자화 파라미터(Qp)로부터 maxD를 구하여도 좋다. 혹은 미리 사양으로 규정된 고정치를 maxD로서 이용하여도 좋다. 정규화부(111b)는 abs(Xij-Yij)/maxD를 출력한다.
또한, 식 (1)에 있어서, Scale(Qp)는 양자화 파라미터(Qp)에 따라서 곱해지는 계수이다. Scale(Qp)는, Qp가 큰 경우에 1.0에 근접하고, 작은 경우에 0에 근접하도록 설계되며, 그 정도는 시스템에 의해서 조정하는 것으로 한다. 혹은 미리 사양으로 규정된 고정치를 Scale(Qp)로서 이용하여도 좋다. 또한, 처리를 간략화하기 위해서, Scale(QP)를 1.0 등 시스템에 따라서 설계된 고정치로 하여도 좋다.
조정부(111c)는 abs(Xij-Yij)/maxD×Scale(Qp)를 중요도 Rij로서 출력한다. 또한, 이 Rij는 시스템에 따라서 설계되는 감도 함수에 의해서 조정된 가중을 출력하여도 좋다. 예컨대 abs(Xij-Yij)/maxD×Scale(Qp)=Rij로 하고, Rij=Clip(Rij, 1.0,0.0)로 하거나 또는 Rij=Clip(Rij+offset, 1.0,0.0)와 오프셋을 붙여 감도를 조정하여도 좋다. 여기서, Clip(x, max, min)은, x가 max를 넘는 경우는 max로, x가 min을 밑도는 경우는 min으로 클립하는 처리를 나타낸다.
이와 같이 하여 산출된 중요도 Rij는 0부터 1.0까지 범위 내의 값이 된다. 기본적으로는 중요도 Rij는, 참조 화상 사이의 화소 위치 ij의 차분치가 큰(즉, 예측 정밀도가 낮은) 경우에 1.0에 근접하고, 참조 화상 사이의 화소 위치 ij의 차분치가 작은(즉, 예측 정밀도가 높다) 경우에 0에 근접한다. 평가부(111)는, 블록 내의 각 화소 위치 ij의 중요도 Rij로 이루어지는 2차원의 맵 정보를 블록 단위로 결정부(112)에 출력한다.
혹은 평가부(111)는 Rij를 하기의 식 (2)와 같이 산출하여도 좋다.
Rij=1.0-(abs(Xij-Yij)/maxD×Scale(Qp)) ···(2)
식 (2)를 이용하는 경우, Rij는 화소 위치 ij의 차분치가 큰(즉, 예측 정밀도가 낮은) 경우에 0에 근접하고, 작은(즉, 예측 정밀도가 높은) 경우에 1에 근접한다. 이로써, Rij는 화소 위치 ij의 예측 정밀도(정확도)를 나타내는 값이라고 간주할 수 있다. 이하에서는, 평가부(111)가 식 (2)를 이용하여 블록 내의 각 화소 위치 ij의 정확도 Rij로 이루어지는 2차원의 맵 정보를 출력하는 일례를 설명하며, 이러한 맵 정보를 적절하게 「정확도 맵」이라고 부른다.
또한, 화상 복호 장치(2)에 있어서의 평가부(208)는, 화상 부호화 장치(1)에 있어서의 평가부(111)와 같은 식으로 구성된다. 구체적으로는 화상 복호 장치(2)에 있어서의 평가부(208)는, 유사도 산출부(208a)와 정규화부(208b)와 조정부(208c)를 구비한다. 화상 복호 장치(2)에 있어서의 평가부(208)는, 블록 내의 각 화소 위치 ij의 정확도 Rij로 이루어지는 정확도 맵을 특정부(209)에 출력한다.
또한, 평가부(111) 및 평가부(208)는, 복수의 참조 화상을 이용하는 예측을 적용하는 경우에만 평가(Rij의 산출)를 행하고, 그 이외의 모드, 예컨대 단방향 예측이나 복수 참조 화상을 이용하지 않는 인트라 예측 처리에서는 평가를 하지 않아도 좋다.
또한, 평가부(111)는, 이하에 나타내는 방법으로 오차 맵을 산출하여, 특정부(209)에 출력하여도 좋다.
쌍예측 모드의 예측 화상의 생성에 이용하는 2개의 참조 화상(참조처 블록)의 휘도 신호를 L0[i,j] 및 L1[i,j](단, [i,j]는 대상 화상 블록 내의 좌표)으로 하면, 하기의 식 (3)에 의해 오차 맵 map[i,j] 및 그 최대치 max_map를 산출한다.
map[i,j]=abs(L0[i,j]-L1[i,j])
max#map=max(map[i,j]) ···(3)
식 (3)의 max#map가 6 비트 정밀도를 넘는(64를 넘는다) 경우에는, 하기의 식 (4)에 의해, max#map가 6 비트 정밀도로 수습되도록 설정한 shift에 의해 오차 맵 및 최대치를 갱신한다.
max#map=max#map>>shift
map[i,j]=map[i,j]>>shift···(4)
*식 (4)에 의해 산출하는 오차 맵은, 정확도 맵과 달리, 예측 잔차가 크다고 추정되는 영역의 값이 커지고, 예측 잔차가 작다고 추정되는 영역의 값이 작아진다. 즉, 상술한 정규화된 정확도 맵은
정확도 맵 [i,j]=1-(map[i,j]/max#map)
에 의해 산출할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시형태에 관해서 오차 맵을 이용하여 설명하지만, 상술한 정확도 맵을 이용하여 예측 정밀도를 추정하도록 구성하여도 좋다.
<5. 화상 부호화 장치에 있어서의 결정부 및 화상 복호 장치에 있어서의 특정부>
화상 부호화 장치(1)에 있어서, 결정부(112)는, 평가부(111)에 의한 평가 결과에 기초하여, 부분적 변환 블록의 중심 위치와, 이 중심 위치를 기준으로 한 부분적 변환 블록의 사이즈를 결정한다. 도 6은 결정부(112)의 동작의 일례를 도시하는 도면이다.
첫째로, 결정부(112)는, 도 6(a)에 도시하는 것과 같이, 평가부(111)로부터 입력된 오차 맵에 기초하여, 오차 맵 중에서 map[i,j]이 최대가 되는 화소 위치인 최저 정확도 위치를 검출하여, 검출한 최저 정확도 위치를 중심 위치로서 결정한다. 또한, 상술한 것과 같이, 오차 맵에 의한 최저 정확도 위치 검출 대신에, 정확도 맵 중에서 rij가 최소가 되는 화소 위치를 최저 정확도 위치로 하도록 구성하여도 좋다. 혹은 최저 정확도 위치를 중심 위치로 하는 대신에, 결정부(112)는, 오차 맵의 무게중심을 산출하여, 산출한 무게중심을 중심 위치로서 결정하여도 좋다.
둘째로, 결정부(112)는, 도 6(b)에 도시하는 것과 같이, 오차 맵을 수평 방향 및 수직 방향으로 평균화하여, 수평 방향의 오차 맵(수평 오차 맵) 및 수직 방향의 오차 맵(수직 오차 맵)을 생성한다. 그리고, 결정부(112)는, 수평 오차 맵 및 수직 오차 맵에 있어서, 최저 정확도 위치를 기준으로 1화소씩 범위를 넓혀, 전체의 X%(예컨대 25% 또는 50%)의 정확도가 낮은 화소 위치를 커버하는 수평 및 수직 방향의 각 길이를 결정한다. 결정부(112)는, 목표 부호량에 대한, 대상 화상 블록보다도 앞에 부호화 완료된 부호화 데이터의 부호량의 나머지 부호량에 기초하여 X의 값을 결정하여도 좋고, 시스템 고정의 값을 X로서 이용하여도 좋다. 또한, 처리의 고속화를 목적으로 하여, 2의 배수(2, 4, 8, 16 등)의 길이에 있어서, X%를 만족하는 수평 및 수직 방향의 각 길이를 결정하여도 좋다. 수평의 길이 및 수직 방향의 길이를 각각 결정함으로써, 부분적 변환 블록으로서, 정방형의 블록 형상에 한하지 않고, 장방형의 블록 형상을 이용할 수 있다.
결정부(112)는, 결정한 부분적 변환 블록의 중심 위치 정보 및 사이즈 정보(수평 및 수직 방향의 각 길이)를 변환부(102a) 및 합성부(105)에 출력하고, 사이즈 정보를 엔트로피 부호화부(103)에 출력한다. 사이즈 정보는, 엔트로피 부호화부(103)에 있어서 부호화되어, 부호화 데이터에 포함되는 제어 정보의 일부로서 출력된다. 또한, 부분적 변환 블록의 중심 위치는, 화상 복호 장치(2)에 있어서의 특정부(209)가 오차 맵에 기초하여 특정 가능하고, 중심 위치 정보를 부호화할 필요는 없기 때문에 부호량을 삭감할 수 있다.
한편, 화상 부호화 장치(1)에 있어서, 특정부(209)는, 평가부(208)에 의한 평가 결과에 기초하여 부분적 변환 블록의 중심 위치를 특정하고, 특정한 중심 위치와 복호한 사이즈 정보에 기초하여, 부분적 변환 블록을 특정한다.
첫째로, 특정부(209)는, 화상 부호화 장치(1)에 있어서의 결정부(112)와 같은 방법으로 오차 맵에 기초하여 중심 위치를 특정한다.
둘째로, 특정부(209)는, 엔트로피 복호부(200)로부터 입력된 사이즈 정보(수평 및 수직 방향의 각 길이)에 기초하여, 대상 화상 블록의 사이즈를 특정한다. 이와 같이 하여, 특정부(209)는 부분적 변환 블록의 중심 위치 및 사이즈를 특정할 수 있다.
특정부(209)는, 특정한 부분적 변환 블록의 중심 위치 정보 및 사이즈 정보(수평 및 수직 방향의 각 길이)를 합성부(202)에 출력한다.
또한, 미리 중심 위치의 후보가 시스템에서 규정되어 있어도 좋다. 이러한 경우, 결정부(112) 및 특정부(209)는, 검출한 최저 정확도 위치 또는 무게중심에 가장 가까운 후보 위치를 중심 위치로서 결정 및 특정하여도 좋다.
<6. 화상 부호화의 동작>
도 7은 실시형태에 따른 화상 부호화 장치(1)에 있어서의 동작 플로우의 예를 도시하는 도면이다.
도 7에 도시하는 것과 같이, 단계 S101에 있어서, 움직임 보상 예측부(109)는, 복수의 참조 화상을 이용하여 움직임 보상 예측을 행함으로써 대상 화상 블록을 예측하고, 대상 화상 블록에 대응하는 예측 화상을 생성한다. 움직임 보상 예측정보는 엔트로피 부호화부(103)에서 부호화 데이터의 일부로서 생성되고, 엔트로피 부호화부(103)는 움직임 보상 예측 정보를 포함하는 부호화 데이터를 출력한다.
단계 S102에 있어서, 평가부(111)는, 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 산출함으로써, 예측 화상의 예측 정밀도를 화소 단위로 평가하여, 대상 화상 블록 내의 각 화소 위치의 예측 정확도의 낮음을 나타내는 오차 맵을 생성한다.
단계 S103에 있어서, 결정부(112)는, 오차 맵에 기초하여, 대상 화상 블록 내에 있어서 직교 변환 및 양자화를 적용하는 일부의 영역인 부분적 변환 블록을 결정하고, 결정한 부분적 변환 블록을 변환 · 양자화부(102)(구체적으로는 변환부(102a)) 및 합성부(105)에 통지 및 설정한다. 또한, 부분적 변환 블록의 사이즈 정보는 엔트로피 부호화부(103)에서 부호화 데이터의 일부로서 부호화된다.
단계 S104에 있어서, 감산부(101)는, 대상 화상 블록과 예측 화상 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차를 산출한다.
단계 S105에 있어서, 변환 · 양자화부(102)는, 감산부(101)가 산출한 예측 잔차 중 부분적 변환 블록의 예측 잔차에 대하여 직교 변환 및 양자화를 행함으로써, 양자화 변환 계수를 생성한다.
단계 S106에 있어서, 엔트로피 부호화부(103)는, 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수를 엔트로피 부호화하여 부호화 데이터를 출력한다.
단계 S107에 있어서, 역양자화 · 역변환부(104)는, 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수에 대하여 역양자화 및 역직교 변환을 행함으로써 부분적 변환 블록의 예측 잔차를 복원하여, 부분적 변환 블록의 복원 예측 잔차를 생성한다.
단계 S108에 있어서, 합성부(105)는, 부분적 변환 블록의 복원 예측 잔차를, 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역과 화소 단위로 합성함으로써 대상 화상 블록을 재구성하여, 재구성 화상 블록을 생성한다.
단계 S109에 있어서, 루프 필터(107)는 재구성 화상 블록에 대하여 필터 처리를 행한다. 또한, 루프 필터에 관한 정보(오프셋 및 오프셋을 적용하는 카테고리 정보 등)는 엔트로피 부호화부(103)에서 부호화 데이터의 일부로서 부호화된다.
단계 S110에 있어서, 프레임 메모리(108)는 필터 처리 후의 재구성 화상 블록을 프레임 단위로 기억한다.
<7. 화상 복호의 동작>
도 8은 실시형태에 따른 화상 복호 장치(2)에 있어서의 동작 플로우의 예를 도시하는 도면이다.
도 8에 도시하는 것과 같이, 단계 S201에 있어서, 엔트로피 복호부(200)는, 부호화 데이터를 복호하여 양자화 변환 계수, 움직임 벡터 정보, 루프 필터에 관한 정보 및 부분적 변환 블록의 사이즈 정보를 취득한다.
단계 S202에 있어서, 움직임 보상 예측부(206)는, 움직임 벡터 정보에 기초한 복수의 참조 화상을 이용하여 움직임 보상 예측을 행함으로써 대상 화상 블록을 예측하여, 대상 화상 블록에 대응하는 예측 화상을 생성한다.
단계 S203에 있어서, 평가부(208)는, 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 산출함으로써, 예측 화상의 예측 정밀도를 화소 단위로 평가하여, 대상 화상 블록 내의 각 화소 위치의 예측 정확도의 낮음을 나타내는 오차 맵을 생성한다.
단계 S204에 있어서, 특정부(209)는, 오차 맵과 부분적 변환 블록의 사이즈 정보에 기초하여, 대상 화상 블록 내에 있어서 직교 변환 및 양자화가 적용된 부분적 변환 블록을 특정하고, 특정한 부분적 변환 블록을 합성부(202)에 통지 및 설정한다.
단계 S205에 있어서, 역양자화 · 역변환부(201)는, 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수에 대하여 역양자화 및 역직교 변환을 행함으로써 부분적 변환 블록의 예측 잔차를 복원하여, 부분적 변환 블록의 복원 예측 잔차를 생성한다.
단계 S206에 있어서, 합성부(202)는, 부분적 변환 블록의 복원 예측 잔차를, 예측 화상 중 부분적 변환 블록에 대응하는 영역과 화소 단위로 합성함으로써 대상 화상 블록을 재구성하여, 재구성 화상 블록을 생성한다.
단계 S207에 있어서, 루프 필터(204)는 재구성 화상 블록에 대하여 필터 처리를 행한다.
단계 S208에 있어서, 프레임 메모리(205)는 필터 처리 후의 재구성 화상 블록을 프레임 단위로 기억하여 출력한다.
<8. 실시형태의 요약>
실시형태에 따른 화상 부호화 장치(1)는, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행함으로써 대상 화상 블록에 대응하는 예측 화상을 생성하는 움직임 보상 예측부(109)와, 이들 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하는 평가부(111)와, 대상 화상 블록과 예측 화상 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차를 산출하는 감산부(101)와, 평가부(111)에 의한 평가 결과에 기초하여, 예측 잔차 중 직교 변환 및 양자화를 적용하는 부분적 변환 블록을 결정하는 결정부(112)와, 예측 잔차에 있어서의 부분적 변환 블록에 한정하여 직교 변환 및 양자화를 행하는 변환 · 양자화부(102)를 구비한다.
실시형태에 따른 화상 복호 장치(2)는, 복수의 참조 화상을 이용하여 예측을 행함으로써 대상 화상 블록에 대응하는 예측 화상을 생성하는 움직임 보상 예측부(206)와, 이들 복수의 참조 화상 사이의 유사도를 화소 단위로 평가하는 평가부(208)와, 부호화 데이터를 복호하여, 화상 부호화 장치(1)에 있어서 직교 변환 및 양자화가 적용된 부분적 변환 블록의 양자화 변환 계수를 취득하는 엔트로피 복호부(200)와, 평가부(208)에 의한 평가 결과에 기초하여 부분적 변환 블록을 특정하는 특정부(209)를 구비한다.
실시형태에 의하면, 예측 화상의 생성에 이용하는 참조 화상 사이의 유사도가 낮은 부분(즉, 예측 잔차가 크다고 추정되는 부분)에 한정하여 예측 잔차의 직교 변환 및 양자화를 행할 수 있게 되어, 화질을 개선할 수 있음과 더불어, 부호화 데이터의 부호량을 삭감할 수 있다. 따라서, 부호화 효율을 개선할 수 있다.
<9. 변경예 1>
상술한 실시형태에 있어서, 하나의 대상 화상 블록에 대하여 하나의 부분적 변환 블록을 결정하는 일례를 설명했다. 그러나, 하나의 대상 화상 블록에 대하여 복수의 부분적 변환 블록을 결정하여도 좋다.
예컨대 화상 부호화 장치(1)에 있어서, 결정부(112)는, 최저 정확도 위치에 더하여, 정확도가 2번째로 낮은 화소 위치 및 정확도가 3번째로 낮은 화소 위치를 검출하고, 검출한 각 화소 위치를 중심으로 하는 부분적 변환 블록을 결정한다. 이러한 경우, 결정부(112)는, 결정한 부분적 변환 블록의 개수(예컨대 3개)를 나타내는 개수 정보를 엔트로피 부호화부(103)에 출력하고, 엔트로피 부호화부(103)는 개수 정보를 부호화한다.
한편, 화상 복호 장치(2)에 있어서, 엔트로피 복호부(200)는, 부호화 데이터로부터 개수 정보를 복호하여, 개수 정보를 특정부(209)에 출력한다. 특정부(209)는, 개수 정보에 기초하여 부분적 변환 블록의 개수를 특정하여, 각 부분적 변환 블록을 특정한다.
*결정부(112)는, 검출한 화소 위치 사이의 거리를 평가하여, 부분적 변환 블록이 상호 겹치지 않도록 각 부분적 변환 블록을 결정한다. 혹은 결정부(112)는, 검출한 화소 위치 사이의 거리가 일정치 미만인 경우에, 이들 화소 위치에 대응하는 복수의 부분적 변환 블록을 통합하여도 좋다. 예컨대 2번째로 낮은 화소 위치를 중심으로 하는 부분적 변환 블록을, 최저 정확도 위치를 중심으로 하는 부분적 변환 블록과 결합한다. 이러한 경우, 정확도가 4번째로 낮은 화소 위치를 또 검출하여, 검출한 화소 위치를 중심으로 하는 부분적 변환 블록을 추가하여도 좋다.
<10. 변경예 2>
화상 부호화 장치(1)의 움직임 보상 예측부(109) 및 화상 복호 장치(2)의 움직임 보상 예측부(208)는, 대상 화상 블록(CU)을 복수의 소블록으로 분할하여, 소블록마다 다른 움직임 벡터를 적용할 수 있게 하여, 소블록마다 편방향 예측, 쌍예측을 전환할 수 있더라도 좋다. 이러한 경우, 편방향 예측 및 쌍방향 예측 양쪽을 이용하여 예측 화상을 생성하는 CU에 대해서는, 화상 부호화 장치(1)의 평가부(111) 및 화상 복호 장치(2)의 평가부(208)가 오차 맵을 산출하지 않는 것으로 하여도 좋다. 한편, 모든 소블록에 관해서 쌍예측에 의해 예측 화상을 생성하고 있는 경우에는, 화상 부호화 장치(1)의 평가부(111) 및 화상 복호 장치(2)의 평가부(208)는 오차 맵을 생성한다.
또한, 화상 부호화 장치(1)의 움직임 보상 예측부(109) 및 화상 복호 장치(2)의 움직임 보상 예측부(208)는, 움직임 벡터가 다른 블록 경계에 있어서의 예측 화상의 불연속성을 저감하기 위해서, 중복 움직임 보상(OBMC: Ooverlapped Block Motion Compensation)을 행하여도 좋다. 화상 부호화 장치(1)의 평가부(111) 및 화상 복호 장치(2)의 평가부(208)는, 오차 맵 생성 시에, OBMC에 의한 참조 화소의 보정을 고려하여도 좋다.
예컨대 OBMC의 보정에 이용하는 주위 블록의 예측 모드가 쌍예측인 경우에는, 화상 부호화 장치(1)의 평가부(111) 및 화상 복호 장치(2)의 평가부(208)는, OBMC의 보정이 영향을 주는 예측 화상의 영역에 관해서, 주변 블록의 쌍예측의 예측 화상 생성에 이용하는 참조 화상(L0 및 L1)의 움직임 벡터를 이용하여 오차 맵을 보정한다. 구체적으로는, map[i,j]의 블록 경계 영역에 관해서, 인접하는 블록의 움직임 벡터가 쌍예측인 경우에는, 인접하는 블록의 오차 맵과의 위치에 따른 가중 평균을 한다. 인접하는 블록이 인트라 모드인 경우나, 편방향 예측인 경우에는, 오차 맵의 보정은 행하지 않는다. 도 9의 케이스에서는, 상측의 블록 경계에 관해서는 L0a와 L1a를 이용하여 오차 맵을 생성하고, 그 하측의 영역에 관해서(상기 CU와 중첩되는 영역에 관해서) 상기 CU의 오차 맵과의 가중 평균을 한다. 하측이나 우측, 좌측 CU의 예측 모드가 편방향 예측이기 때문에, 이들의 CU와 중첩되는 영역에 관해서는 오차 맵의 보정은 행하지 않는다.
<11. 변경예 3>
화상 부호화 장치(1)의 결정부(112)는 이하에 나타내는 방법으로 부분적 변환 블록을 결정하여도 좋다.
결정부(112)는, 예컨대 대상 화상 블록(CU: Coding Unit)에 대하여 쌍예측에 의해 예측 화상을 생성하는 경우이며, 이 CU에 변환 스킵 모드가 적용되지 않는 경우(즉, 직교 변환을 적용하는 경우)에, 부분적 변환 블록을 결정한다. 또한, 변환 스킵 모드가 적용되는지 여부의 플래그는 부호화 데이터에 포함된다.
도 10은 본 변경예에 있어서의 부분적 변환 블록의 결정 방법을 도시하는 도면이다.
첫째로, 결정부(112)는, 도 10(a)에 도시하는 것과 같이, 오차 맵의 무게중심을 하기의 식 (5)에 의해 산출한다. 여기서는, 오차 맵으로서 상술한 오차 맵 map[i,j]을 이용하는 것으로 한다.
여기서, gx는 수평 방향의 무게중심 위치이고, gy는 수직 방향의 무게중심 위치이다.
둘째로, 결정부(112)는, 도 10(b)에 도시하는 것과 같이, 부분적 변환 블록의 사이즈 후보(사이즈 모드) 중에서 최적의 사이즈를 선택한다. 구체적으로는 결정부(112)는, 각 사이즈 모드를 이용한 경우의 RD 코스트를 산출하고, RD 코스트에 기초하여 최적의 사이즈 모드를 결정한다. RD 코스트의 산출에 있어서는, 변환 계수의 시그널링 코스트 및 CU 전체의 변형을 고려한다. 사이즈 모드는 예컨대 이하의 4개이다.
모드 1: 부분적 변환 블록의 사이즈를 CU 사이즈와 같게 하는 모드(즉, CU 전체를 직교 변환하는 모드)
모드 2: 부분적 변환 블록의 수직 방향 사이즈 및 수평 방향 사이즈를 각각 CU 사이즈의 2분의 1로 하는 모드
모드 3: 부분적 변환 블록의 수직 방향 사이즈를 CU 사이즈와 같게 하고, 부분적 변환 블록의 수평 방향 사이즈를 CU 사이즈의 2분의 1로 하는 모드
모드 4: 부분적 변환 블록의 수직 방향 사이즈를 CU 사이즈의 2분의 1로 하고, 부분적 변환 블록의 수평 방향 사이즈를 CU 사이즈와 같게 하는 모드
여기서는, 모드 1 이외의 모드가 결정되어, 부분적 변환 블록을 설정한다고 가정하여 설명을 진행시킨다. 또한, 결정부(112)는, 중심 위치(gx,gy)를 중심으로한 부분적 변환 블록이 CU 경계를 넘지 않도록 설정한다.
셋째로, 변환부(102a)는, 도 10(c)에 도시하는 것과 같이, 결정된 중심 위치 및 사이즈에 기초하여 부분적 변환 블록의 예측 잔차(잔차 신호)에 대하여 부분적인 직교 변환을 행한다.
넷째로, 도 10(d)에 도시하는 것과 같이, 양자화부(102b)는 부분적 변환 블록의 변환 계수를 양자화하고, 엔트로피 부호화부(103)는 양자화된 변환 계수를 엔트로피 부호화한다.
또한, 엔트로피 부호화부(103)는, 부분적 직교 변환을 적용하는지 여부를 나타내는 플래그인 bPartialTransform과, 부분적 변환 블록의 사이즈를 나타내는 정보인 sizeMode를 부호화 데이터에 포함시킨다. bPartialTransform은, 부분적 직교 변환을 적용하는 경우에는 “1”이고, 부분적 직교 변환을 적용하지 않는 경우에는 “0” 이다. sizeMode는, 예컨대 모드 2인 경우에는 “0”이고, 모드 3인 경우에는 “10”이고, 모드 4인 경우에는 “11” 이다. 또한, 상기한 RD 코스트의 산출에 있어서는 이러한 시그널링의 코스트도 고려한다.
한편, 화상 복호 장치(2)에 있어서, 엔트로피 복호부(200)는, 부호화 데이터를 복호하여, 변환 스킵 모드가 적용되어 있는지 여부의 플래그를 취득한다. 엔트로피 복호부(200)는, 복호 대상의 CU에 대하여 쌍예측에 의해 예측 화상을 생성하는 경우이며, 이 CU에 변환 스킵 모드가 적용되지 않는 경우(즉, 직교 변환을 적용하는 경우)에, bPartialTransform 및 sizeMode를 취득한다. 그리고, 특정부(209)는, 평가부(208)에 의해 생성된 오차 맵과 sizeMode에 기초하여 부분적 변환 블록을 특정한다. 그 후의 동작에 관해서는 상술한 실시형태와 마찬가지다.
<12. 그 밖의 실시형태>
상술한 각 실시형태에 있어서, 움직임 보상 예측으로서 인터 예측을 주로 설명했다. 인터 예측에 있어서는, 현제 프레임과 다른 프레임 내의 참조 화상이 현재 프레임의 대상 화상 블록의 예측에 이용된다. 그러나, 움직임 보상 예측으로서 인트라 블록 카피라고 불리는 기술도 적용할 수 있다. 인트라 블록 카피에 있어서는, 현재 프레임과 같은 프레임 내의 참조 화상이 현재 프레임의 대상 화상 블록의 예측에 이용된다.
상술한 본 발명의 구체예는, 화상 부호화 장치(1)가 행하는 각 처리를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램 및 화상 복호 장치(2)가 행하는 각 처리를 컴퓨터에 실행시키는 프로그램에 의해 제공되어도 좋다. 또한, 프로그램은 컴퓨터 판독 가능한 매체에 기록되어 있어도 좋다. 컴퓨터 판독 가능한 매체를 이용하면 컴퓨터에 프로그램을 인스톨할 수 있다. 여기서, 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 매체는 비일과성(非一過性)의 기록 매체라도 좋다. 비일과성의 기록매체는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대 CD-ROM이나 DVD-ROM 등의 기록 매체라도 좋다. 또한, 화상 부호화 장치(1)가 행하는 각 처리를 실행하는 회로를 집적화하여, 화상 부호화 장치(1)를 반도체 집적 회로(칩 세트, SoC)로서 구성하여도 좋다. 마찬가지로, 화상 복호 장치(2)가 행하는 각 처리를 실행하는 회로를 집적화하여, 화상 복호 장치(2)를 반도체 집적 회로(칩 세트, SoC)로서 구성하여도 좋다.
이상, 도면을 참조하여 실시형태에 관해서 자세히 설명했지만, 구체적인 구성은 상술한 것에 한정되지 않으며, 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 다양한 설계 변경 등을 할 수 있다.
또한, 일본국 특허출원 제2018-65780호(2018년 3월 29일 출원)의 전체 내용이 참조에 의해 본원 명세서에 들어가 있다.

Claims (10)

  1. 입력 화상을 분할하여 얻어진 블록 단위의 대상 화상을 부호화하는 화상 부호화 장치에 있어서,
    상기 대상 화상의 블록에 대응하는 예측 화상의 블록을 생성하는 예측부와,
    상기 대상 화상의 블록과 상기 예측 화상의 블록 사이의 화소 단위에서의 차분을 나타내는 예측 잔차를 산출하는 산출부와,
    변환 및 양자화를 적용하는 상기 예측 잔차의 일부의 영역을 결정하는 결정부와,
    상기 예측 잔차에 있어서의 상기 일부의 영역에 한정하여 변환 및 양자화를 행하는 변환·양자화부를 포함하는 화상 부호화 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 일부의 영역에 한정한 부분적 변환이 상기 블록에 적용되었는지 여부를 나타내는 플래그를 출력하는 엔트로피 부호화부를 더 구비하고,
    상기 엔트로피 부호화부는,
    상기 부분적 변환이 상기 블록에 적용됨에 따라 상기 플래그를 “1”로 세트하고,
    상기 부분적 변환이 상기 블록에 적용되지 않음에 따라 상기 플래그를 “0”으로 세트하는 화상 부호화 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부는, 상기 플래그와 다른 사이즈 정보를 더 출력하고,
    상기 엔트로피 부호화부는,
    상기 일부 영역의 사이즈가 상기 블록 사이즈의 1/2임에 따라 제1 값을 상기 사이즈 정보에 세트하고,
    상기 일부 영역의 사이즈가 상기 블록 사이즈의 1/4임에 따라 상기 제1 값과 다른 제2 값을 상기 사이즈 정보에 세트하는 화상 부호화 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 엔트로피 부호화부는, 상기 플래그와 다른 모드 정보를 더 출력하고,
    상기 엔트로피 부호화부는,
    상기 일부 영역이 상기 블록을 수직 방향으로 분할하여 얻어짐에 따라 제1 값을 상기 모드 정보에 세트하고,
    상기 일부 영역이 상기 블록을 수평 방향으로 분할하여 얻어짐에 따라 상기 제1 값과 다른 제2 값을 상기 모드 정보에 세트하는 화상 부호화 장치.
  5. 부호화 데이터로부터 블록 단위의 대상 화상을 복호하는 화상 복호 장치에 있어서,
    상기 대상 화상의 블록에 대응하는 예측 화상의 블록을 생성하는 예측부와,
    상기 부호화 데이터를 복호하여, 화상 부호화 장치가 예측 잔차의 블록의 일부의 영역에 한정하여 변환 및 양자화를 행하여 얻어진 양자화 변환 계수를 취득하는 엔트로피 복호부와,
    상기 일부의 영역을 특정하는 특정부를 포함하고,
    상기 엔트로피 복호부는, 상기 일부의 영역에 한정한 부분적 변환이 상기 블록에 적용된 것을 나타내는 플래그를 취득하는 화상 복호 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호부는,
    상기 플래그가 “1”로 세트되어 있음에 따라 상기 부분적 변환이 상기 블록에 적용되었다고 해석하고,
    상기 플래그가 “0”에 세트되어 있음에 따라 상기 부분적 변환이 상기 블록에 적용되지 않았다고 해석하는 화상 복호 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호부는, 상기 플래그와 다른 사이즈 정보를 더 취득하고,
    상기 엔트로피 복호부는,
    상기 사이즈 정보가 제1 값으로 세트되어 있음에 따라 상기 일부 영역의 사이즈가 상기 블록 사이즈의 1/2이라고 해석하고,
    상기 사이즈 정보가 상기 제1 값과 다른 제2 값으로 세트되어 있음에 따라 상기 일부 영역의 사이즈가 상기 블록 사이즈의 1/4이라고 해석하는 화상 복호 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 엔트로피 복호부는, 상기 플래그와 다른 모드 정보를 더 취득하고,
    상기 엔트로피 복호부는,
    상기 모드 정보가 제1 값으로 세트되어 있음에 따라 상기 일부 영역이 상기 블록을 수직 방향으로 분할하여 얻어졌다고 해석하고,
    상기 모드 정보가 상기 제1 값과 다른 제2 값으로 세트되어 있음에 따라 상기 일부 영역이 상기 블록을 수평 방향으로 분할하여 얻어졌다고 해석하는 화상 복호 장치.
  9. 컴퓨터를 제1항에 기재된 화상 부호화 장치로서 기능시키기 위한 매체에 저장된 프로그램.
  10. 컴퓨터를 제5항에 기재된 화상 복호 장치로서 기능시키기 위한 매체에 저장된 프로그램.
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