KR20140018982A - 동화상 부호화 장치, 동화상 복호 장치, 동화상 부호화 방법, 동화상 복호 방법, 동화상 부호화 프로그램 및 동화상 복호 프로그램 - Google Patents

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Abstract

동화상 부호화 장치는, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 제1 성분치와 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화 수단과, 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 이 발생 확률에 기초하여 제2 성분치의 부호어를 정해 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화 수단을 구비하고 있다.

Description

동화상 부호화 장치, 동화상 복호 장치, 동화상 부호화 방법, 동화상 복호 방법, 동화상 부호화 프로그램 및 동화상 복호 프로그램{Video encoding device, video decoding device, video encoding method, video decoding method, video encoding program, video decoding program}
본 발명은, 움직임 보상을 이용하는 동화상 부호화 기술을 이용한 동화상 부호화 장치, 동화상 복호 장치, 동화상 부호화 방법, 동화상 복호 방법, 동화상 부호화 프로그램 및 동화상 복호 프로그램에 관한 것이다.
본원은 2011년 6월 29일 일본에 출원된 일본특허출원 2011-144122호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.
규격 H.264로 대표되는 동화상 부호화에서의 중요한 요소 기술 중 하나로, 움직임 보상 프레임 간 예측이 있다. 움직임 보상 프레임 간 예측에서는, 움직임 벡터를 효율적으로 부호화하기 위해 움직임 벡터의 예측 부호화를 행한다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조). 도 13은, 종래 기술에 의한 움직임 보상을 이용한 동화상 부호화 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 13에서, 움직임 보상에 의한 부호화부(300)는 움직임 보상에 의한 부호화를 행한다. 움직임 추정부(310)는 움직임 탐색에 의해 화상의 움직임을 추정한다. 움직임 벡터 기억부(320)는 움직임 추정에 의해 산출된 움직임 벡터를 기억한다.
움직임 벡터 예측 처리부(330)는 움직임 벡터의 예측 부호화를 위해 부호화 완료 정보로부터 움직임 벡터를 예측한다. 참조 블록 움직임 벡터 추출 처리부(331)는 움직임 벡터의 예측에 이용하는 참조 블록의 움직임 벡터를 추출한다. 중앙치 산출 처리부(332)는 참조 블록으로부터 추출한 움직임 벡터의 중앙치를 산출한다. 예측 잔차 산출부(340)는 움직임 벡터로 예측한 움직임 벡터(이하, 예측 벡터라고 함)의 차분을 산출한다. 부호 할당부(350)는 양자화된 변환 계수나 움직임 벡터의 예측 잔차 신호(예측 오차 벡터라고 함)에 가변장 부호를 할당하여 부호화 스트림을 출력한다.
움직임 추정부(310)는, 부호화 대상 블록의 화상 신호를 입력하면 부호화 완료 참조 화상의 복호 신호와 조합(照合)함으로써 움직임 탐색을 하여 움직임 벡터를 산출한다. 산출된 움직임 벡터는 움직임 보상에 의한 부호화부(300)에 입력되고, 움직임 보상에 의한 부호화부(300)에서는 움직임 벡터를 이용한 움직임 보상에 의해 화상 신호와 예측 신호의 잔차 신호를 구하고 이것을 직교 변환, 양자화 등에 의해 부호화 처리한다. 처리 결과의 양자화치 등이 부호 할당부(350)에서 부호화되어 부호화 스트림으로서 출력된다. 한편, 움직임 벡터에 대해서도 부호량 삭감을 위해 예측 부호화를 행한다. 그러므로 움직임 추정부(310)가 산출한 움직임 벡터는 나중의 참조를 위해 움직임 벡터 기억부(320)에 기억된다. 움직임 벡터 예측 처리부(330)는 부호화 완료 움직임 벡터를 이용하여 예측 벡터를 산출한다.
움직임 벡터 예측 처리부(330)에서의 움직임 벡터의 예측에서는, 우선 참조 블록 움직임 벡터 추출 처리부(331)가, 도 14에 도시한 부호화 대상 화상(부호화 대상 픽쳐 또는 프레임이라고도 함)의 예측 대상 블록(부호화 대상 블록)(B0) 근방에 있는 부호화 완료 블록을 참조 블록(B1∼B3)으로 하고, 이들 움직임 벡터를 움직임 벡터 기억부(320)로부터 추출한다. 도 14는, 부호화 대상 화상의 예측 대상 블록의 일례를 도시한 도면이다.
다음으로 중앙치 산출 처리부(332)는 참조 블록(B1∼B3)의 각 움직임 벡터 성분의 중앙치를 산출하고, 산출한 중앙치로부터 예측 벡터를 생성한다. 이 예측 벡터의 생성 방법을 공간 미디언(space median) 예측이라고 부른다. 예측 잔차 산출부(340)는 움직임 벡터와 예측 벡터와의 차분(예측 오차 벡터)을 산출하여 그 예측 오차 벡터를 부호 할당부(350)에 보낸다. 예측 오차 벡터는 부호 할당부(350)에서 가변장 부호화되어 부호화 스트림으로서 출력된다.
도 15는, 종래 기술에 의한 움직임 보상을 이용한 동화상 복호 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 15에서, 가변장 복호부(400)는 부호화 스트림 중의 가변장 부호를 복호한다. 움직임 벡터 산출부(410)는 예측 오차 벡터와 예측 벡터를 가산한다. 움직임 벡터 기억부(420)는 움직임 벡터를 기억한다. 움직임 벡터 예측 처리부(430)는 복호 완료 정보를 이용하여 움직임 벡터를 예측한다. 참조 블록 움직임 벡터 추출 처리부(431)는 움직임 벡터의 예측에 이용하는 참조 블록의 움직임 벡터를 추출한다. 중앙치 산출 처리부(432)는 참조 블록으로부터 추출한 움직임 벡터 성분의 중앙치를 산출한다. 움직임 보상에 의한 복호부(440)는 산출된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 하고 복호 대상 블록을 복호하여 복호된 화상 신호를 출력한다.
부호화 스트림을 입력하면, 가변장 복호부(400)는 부호화 스트림 중의 가변장 부호를 복호하여 복호 대상 블록의 양자화 변환 계수를 움직임 보상에 의한 복호부(440)에 보내고 예측 오차 벡터를 움직임 벡터 산출부(410)에 보낸다. 움직임 벡터 산출부(410)는 예측 오차 벡터와 복호 완료 움직임 벡터로부터 구한 예측 벡터를 가산하여 움직임 벡터를 산출한다. 산출된 움직임 벡터는 움직임 보상에 의한 복호부(440)에 보내짐과 동시에 움직임 벡터 기억부(420)에 격납된다. 움직임 보상에 의한 복호부(440)는 산출된 움직임 벡터를 이용하여 움직임 보상을 하고 복호 대상 블록을 복호하여 복호된 화상 신호를 출력한다.
동화상 복호 장치에서의 움직임 벡터 예측 처리부(430)의 움직임 벡터의 예측 처리는, 도 13에 도시한 동화상 부호화 장치에서의 움직임 벡터 예측 처리부(330)의 처리와 같다. 도 16은, 종래의 시간 방향 움직임 벡터 예측 처리부의 구성을 도시한 블록도이다.
규격 H.264에 의한 부호화에서는, B 픽쳐의 부호화에서의 부호화 모드 중 하나로서, 움직임 정보를 부호화 완료 블록의 움직임 정보로부터 예측 생성하여 움직임 정보의 부호화를 생략하는 다이렉트 모드(direct mode)로 불리는 부호화 모드가 이용되고 있다. 다이렉트 모드에는, 주로 공간 방향의 움직임 정보를 이용하는 공간 다이렉트 모드와, 주로 시간 방향의 움직임 정보를 이용하는 시간 다이렉트 모드가 있다. 이 시간 다이렉트 모드에서의 움직임 벡터의 예측에서는, 움직임 벡터 예측 처리부(500)는 다음과 같이 예측 벡터를 산출한다.
앵커 블록(anchor block) 움직임 벡터 추출 처리부(501)가 앵커 픽쳐에서 예측 대상 블록과 같은 위치에 있는 블록(이를 앵커 블록이라고 함)의 움직임 벡터(mvCol)를 움직임 벡터 기억부(510)로부터 추출한다. 앵커 픽쳐란, 다이렉트 모드의 움직임 벡터를 구할 때의 움직임 벡터를 가진 픽쳐이며, 통상적으로는 표시 순서대로 부호화 대상 픽쳐의 후방에 가장 가까운 참조 픽쳐이다. 다음으로, 외삽(外揷) 예측 처리부(502)는 움직임 벡터(mvCol)로부터 L0의 움직임 벡터(mvL0)와 L1의 움직임 벡터(mvL1)를, L0의 참조 픽쳐와 부호화 대상 픽쳐와 앵커 픽쳐와의 시간 간격에 따라 비례 배분함으로써 산출한다.
아울러 B 픽쳐에서는, 임의의 참조 픽쳐로부터 최대 2장의 픽쳐를 선택할 수 있기 때문에 이 2장을 L0, L1로 구별하여 주로 전(前)방향 예측에 이용하는 예측을 L0예측, 주로 후(後)방향 예측에 이용하는 예측을 L1예측이라고 칭한다. 움직임 벡터 예측 처리부(500)는 외삽 예측 처리부(502)가 산출한 움직임 벡터(mvL0, mvL1)를 예측 벡터로서 출력한다. 또 움직임 벡터(mvCol)를 예측 벡터로 하는 방법도 있다. 이 예측 벡터의 생성 방법을 Co-located 예측이라고 칭한다.
비특허문헌 1: H.264/AVC 교과서(개정 3판), 가쿠노 신야 외, 임프레스 R&D, pp.128-130, 2008.
그런데 종래의 움직임 보상을 이용한 동화상 부호화 장치에 의한 움직임 벡터의 부호화에서는, 공간적인 근방 블록의 움직임 벡터로부터 예측 벡터를 생성하고 그 예측 벡터와 부호화 대상 블록의 움직임 벡터와의 차분 벡터를 부호화 대상으로 하여 움직임 벡터의 수평 성분과 수직 성분을 동시에 예측하고 있다는 점에 문제가 있다. 움직임 벡터의 수평 성분·수직 성분의 순서대로 부호화하는 경우(수직 성분·수평 성분의 순서대로 부호화하는 경우도 마찬가지임), 복호측에서도, 생성된 부호화 데이터는 수평 성분·수직 성분의 순서대로 복호된다. 그러므로 움직임 벡터의 수직 성분의 복호시에 이미 복호되어 있는 수평 성분은 이용 가능하다. 또 움직임 벡터의 부호화는 가역 부호화이므로 복호측에서 이용 가능한 움직임 벡터의 수평 성분은 부호화측에서 부호화한 값과 동일하다.
그러나 종래의 움직임 벡터의 부호화에서는, 움직임 벡터의 각 성분은 독립적으로 예측·부호화되어 있기 때문에 움직임 벡터의 성분간 상관을 충분히 이용할 수 없었다. 그러므로 움직임 벡터에 대한 부호화 효율에 개선의 여지가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 움직임 벡터의 부호화 효율을 향상시켜 움직임 벡터의 부호량을 종래 기술보다 삭감할 수 있는 동화상 부호화 장치, 동화상 부호화 방법, 동화상 부호화 프로그램, 및 동화상 부호화 장치, 동화상 부호화 방법, 동화상 부호화 프로그램에 의해 부호화된 화상을 복호하는 동화상 복호 장치, 동화상 복호 방법, 동화상 복호 프로그램을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용한 동화상 부호화 장치로서, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치와의 차분치인 상기 제1 성분의 차분치를 구하여 상기 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화 수단과, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치의 부호어(符號語; codeword)를 정해 상기 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화 수단을 구비한다.
본 발명은, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 부호화된 상기 화상을 복호하는 동화상 복호 장치로서, 제1 성분의 차분치를 복호하여 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와 상기 제1 성분의 차분치를 가산하여 상기 제1 성분치를 생성하는 제1 성분 복호 수단과, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치와 상기 제2 성분치의 부호어와의 대응 관계를 동정(同定; identification)하여 부호화 데이터로서 주어진 상기 제2 성분치의 부호어를 상기 제2 성분치로 복호하는 제2 성분 복호 수단을 구비한다.
본 발명은, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용한 동화상 부호화 방법으로서, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치와의 차분치인 상기 제1 성분의 차분치를 구하여 상기 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화 단계와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치의 부호어를 정해 상기 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화 단계를 가진다.
본 발명은, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 부호화된 상기 화상을 복호하는 동화상 복호 방법으로서, 제1 성분의 차분치를 복호하여 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와 상기 제1 성분의 차분치를 가산하여 상기 제1 성분치를 생성하는 제1 성분 복호 단계와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치와 상기 제2 성분치의 부호어와의 대응 관계를 동정하여 부호화 데이터로서 주어진 상기 제2 성분치의 부호어를 상기 제2 성분치로 복호하는 제2 성분 복호 단계를 가진다.
본 발명은, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용한 동화상 부호화 장치상의 컴퓨터에 화상 부호화 처리를 행하게 하는 동화상 부호화 프로그램으로서, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치와의 차분치인 상기 제1 성분의 차분치를 구하여 상기 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화 단계와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치의 부호어를 정해 상기 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화 단계를 행하게 한다.
본 발명은, 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 부호화된 상기 화상을 복호하는 동화상 복호 장치상의 컴퓨터에 화상 복호 처리를 행하게 하는 동화상 복호 프로그램으로서, 제1 성분의 차분치를 복호하여 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와 상기 제1 성분의 차분치를 가산하여 상기 제1 성분치를 생성하는 제1 성분 복호 단계와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치와 상기 제2 성분치의 부호어와의 대응 관계를 동정하여 부호화 데이터로서 주어진 상기 제2 성분치의 부호어를 상기 제2 성분치로 복호하는 제2 성분 복호 단계를 행하게 한다.
본 발명의 일실시형태에 의한 동화상 부호화 장치에 의하면, 움직임 벡터의 부호량을 삭감할 수 있기 때문에 동화상 부호화 처리에서의 발생 부호화량을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일실시형태에서의 동화상 부호화 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 일실시형태에서의 동화상 복호 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은, 도 1에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 4는, 도 3에 도시한 벡터 예측 처리부의 처리 동작을 도시한 흐름도이다.
도 5는, 도 3에 도시한 벡터 예측 처리부를 변형한 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은, 도 5에 도시한 벡터 예측 처리부의 처리 동작을 도시한 흐름도이다.
도 7은, 도 2에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은, 도 7에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부의 처리 동작을 도시한 흐름도이다.
도 9는, 도 7에 도시한 벡터 예측 처리부를 변형한 구성을 도시한 블록도이다.
도 10은, 도 9에 도시한 벡터 예측 처리부의 처리 동작을 도시한 흐름도이다.
도 11은, 근방 블록의 설정예를 도시한 설명도이다.
도 12는, 화상 전송 시스템의 구성을 도시한 블록도이다.
도 13은, 종래 기술에 의한 움직임 보상을 이용한 동화상 부호화 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는, 부호화 대상 화상의 예측 대상 블록의 일례를 도시한 설명도이다.
도 15는, 종래 기술에 의한 움직임 보상을 이용한 동화상 복호 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 16은, 종래의 시간 방향 움직임 벡터 예측 처리부의 구성을 도시한 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일실시형태에 의한 동화상 부호화 장치 및 동화상 복호 장치를 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에서의 동화상 부호화 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 이 실시형태에서의 동화상 부호화 장치(1)는, 움직임 벡터 예측 처리부(30)가 종래 기술과 다른 부분이며, 나머지 부분은 규격 H.264 기타 인코더로서 이용되고 있는 종래의 일반적인 동화상 부호화 장치의 구성과 같다. 동화상 부호화 장치(1)는, 부호화 대상의 화상 신호를 입력하고 입력 화상 신호의 프레임을 블록으로 분할하여 블록마다 부호화하고 그 비트 스트림을 부호화 스트림으로서 출력한다. 이 부호화를 위해 예측 잔차 신호 산출부(10)는, 입력 화상 신호와 움직임 보상부(19)의 출력인 예측 신호와의 차분을 구하여 그것을 예측 잔차 신호로서 출력한다. 직교 변환부(11)는, 예측 잔차 신호에 대해 이산 코사인 변환(DCT) 등의 직교 변환을 하여 변환 계수를 출력한다. 양자화부(12)는, 변환 계수를 양자화하여 그 양자화된 변환 계수를 출력한다. 부호 할당부(13)는, 양자화된 변환 계수를 엔트로피 부호화하여 부호화 스트림으로서 출력한다.
한편 양자화된 변환 계수는 역양자화부(14)에도 입력되며 여기에서 역양자화된다. 역직교 변환부(15)는, 역양자화부(14)의 출력인 변환 계수를 역직교 변환하여 예측 잔차 복호 신호를 출력한다. 복호 신호 산출부(16)에서는, 이 예측 잔차 복호 신호와 움직임 보상부(19)의 출력인 예측 신호를 가산하여 부호화한 부호화 대상 블록의 복호 신호를 생성한다. 이 복호 신호는, 움직임 보상부(19)에서의 움직임 보상의 참조 화상으로서 이용하기 위해 프레임 메모리(17)에 격납된다. 움직임 추정부(18)는, 부호화 대상 블록의 화상 신호에 대해 프레임 메모리(17)에 격납된 참조 화상을 참조하여 움직임 탐색을 하고 움직임 벡터를 산출한다. 이 움직임 벡터는, 움직임 보상부(19) 및 예측 오차 벡터 산출부(32)에 출력되고, 또 움직임 벡터 기억부(31)에 격납된다. 움직임 보상부(19)는, 움직임 추정부(18)가 구한 움직임 벡터를 이용하여 프레임 메모리(17)내의 화상을 참조함으로써 부호화 대상 블록의 예측 신호를 출력한다.
움직임 보상에 이용한 움직임 벡터에 대해서도 예측 부호화하기 위해 움직임 벡터 예측 처리부(30)에 의해 부호화 완료 정보를 이용하여 움직임 벡터를 예측하고, 움직임 보상에 이용한 움직임 벡터와 예측된 움직임 벡터(이를 예측 벡터라고 함)와의 차분을 예측 오차 벡터 산출부(32)에 의해 산출하여 결과를 예측 오차 벡터로서 부호 할당부(13)에 출력한다. 부호 할당부(13)는 예측 오차 벡터에 대해서도 엔트로피 부호화에 의해 부호를 할당하여 부호화 스트림으로서 출력한다.
도 2는, 본 발명의 일실시형태에서의 동화상 복호 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
동화상 복호 장치(2)에서, 움직임 벡터 예측 처리부(28)가 종래 기술과 다른 부분이며, 나머지 부분은 규격 H.264 기타 디코더로서 이용되고 있는 종래의 일반적인 동화상 복호 장치의 구성과 같다. 동화상 복호 장치(2)는, 도 1에 도시한 동화상 부호화 장치(1)에 의해 부호화된 부호화 스트림을 입력하여 복호함으로써 복호 화상의 화상 신호를 출력한다. 이 복호를 위해 복호부(20)는 부호화 스트림을 입력하여 복호 대상 블록의 양자화 변환 계수를 엔트로피 복호함과 동시에 예측 오차 벡터를 복호한다.
역양자화부(21)는, 양자화 변환 계수를 입력하고 그것을 역양자화하여 복호 변환 계수를 출력한다. 역직교 변환부(22)는, 복호 변환 계수에 역직교 변환을 하여 복호 예측 잔차 신호를 출력한다. 복호 신호 산출부(23)에서는, 움직임 보상부(27)에서 생성된 프레임 간 예측 신호와 복호 예측 잔차 신호를 가산함으로써 복호 대상 블록의 복호 신호를 생성한다. 이 복호 신호는, 표시 장치 등 외부의 장치로 출력됨과 동시에 움직임 보상부(27)에서의 움직임 보상의 참조 화상으로서 이용하기 위해 프레임 메모리(24)에 격납된다.
움직임 벡터 산출부(25)는, 복호부(20)가 복호한 예측 오차 벡터와 움직임 벡터 예측 처리부(28)가 산출한 예측 벡터를 가산하여 움직임 보상에 이용하는 움직임 벡터를 산출한다. 이 움직임 벡터는, 움직임 벡터 기억부(26)에 기억되어 움직임 보상부(27)에 통지된다. 움직임 보상부(27)는, 입력한 움직임 벡터를 토대로 움직임 보상을 하고 프레임 메모리(24)의 참조 화상을 참조하여 복호 대상 블록의 프레임 간 예측 신호를 생성한다.
이 프레임 간 예측 신호는, 복호 신호 산출부(23)에서 복호 예측 잔차 신호에 가산된다. 움직임 벡터 예측 처리부(28)는, 움직임 벡터 기억부(26)에 기억된 복호 완료 움직임 벡터를 이용하여 움직임 벡터를 예측하고, 구한 예측 벡터를 움직임 벡터 산출부(25)에 출력한다.
다음으로 도 1에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(30)와 도 2에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(28)에 대해 설명하기로 한다. 2개의 움직임 벡터 예측 처리부(30, 28)는 같은 구성을 구비하고 있으며 처리 동작도 동일하다. 이하의 설명에서는, 움직임 벡터의 2개의 성분을 부호화하는 순서대로 각각 제1 성분, 제2 성분이라고 부른다. 예를 들면, 수평 성분·수직 성분의 순서대로 부호화할 경우, 수평 성분이 제1 성분이며 수직 성분이 제2 성분이 된다. 본 발명에서의 동화상 부호화 장치는 움직임 벡터의 제1 성분을 이용하여 제2 성분을 부호화한다. 이하, 움직임 벡터의 수평 성분을 제1 성분으로 하고 움직임 벡터의 수직 성분을 제2 성분으로 하여 설명하기로 한다. 아울러 제1 성분과 제2 성분을 반대로 할당해도 마찬가지이다.
먼저 움직임 벡터 예측 처리부(30, 28)의 처리 동작의 원리를 간단히 설명하기로 한다. 우선, 부호화 대상 블록에 대해 M개의 근방 블록을 설정한다. 근방 블록의 설정예를 도 11(a)(b)(c)에 도시한다. 도 11(a)(b)(c)는 블록 A에 대해 각각 근방 블록을 2개(블록(B0, B1)), 3개(블록(B0, B1, B2)), 4개(블록(B0, B1, B2, B3))로 설정한 예이다. 아울러 근방 블록은 동 도면의 예로 한정되지 않으며 그 수를 증감시킬 수 있다. 부호화 대상 블록, 근방 블록에는 움직임 벡터가 부여된다. 부호화 대상 블록의 움직임 벡터를 (vx, vy)로 하고, 제m 번째 근방 블록의 움직임 벡터를 (ux (m),uy (m))으로 한다. 아울러 m = 0, …, M-1으로 한다.
부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에 움직임 벡터의 제1 성분에 대해 차분치를 구한다. 이것을 제1 성분 차분치라고 부른다. 이 제1 성분 차분치의 집합을 이하와 같이 나타낸다.
Ex = (ex (o), …, ex (M-1))
여기서, ex (m) = Vx - Ux (m)이다. 이 제1 성분 차분치의 크기는, 대응하는 근방 블록과 부호화 대상 블록의 제1 성분이 유사하다는 것을 나타내고 있으며, 마찬가지의 유사성이 제2 성분에 대해서도 성립되는 것으로 예상된다.
그래서 제1 성분 차분치에 기초하여 제2 성분의 발생 확률을 다음 식과 같이 추정한다.
Figure pct00001
여기서, A는 p(x)의 x에 대한 총화(總和)가 1이 되도록 정규화하기 위한 정수이다. 또 f()는 이하의 일반화 가우스 분포(generalized Gaussian distribution)를 이용한다.
Figure pct00002
여기서, q는 분포의 형상을 나타내는 파라미터이며, λ는 분포의 분산에 관련된 파라미터이다. 또 Γ(z)는, 수학식 3에서 정의하는 감마 함수이다.
Figure pct00003
f(x-uy (m))은, uy (m)에서 최대값을 취하고 uy (m)에서 멀어지면서 그 값은 감소한다. 이 f(x-uy (m))을 제1 성분 차분치의 역수로 가중치를 매겨 가중합을 취한 것이 수학식 1이다. 즉, 제1 성분 차분치가 작은 uy (m) 근방에서 p(x)는 큰 값을 제공하게 된다. 수학식 1에 기초하여 발생 확률을 내림차순에 소트(sort)하고, 소트 후의 값을 주어진 부호표를 이용하여 2진수로 변환한다. 부호표의 예로서는 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 적용할 수 있다.
다음으로 도 3을 참조하여 도 1에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(30)의 구성을 설명하기로 한다. 도 3은, 도 1에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(30)의 구성을 도시한 블록도이다. 이 도에서, 부호화 대상 블록 MV 기억부(100)는 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 및 제1 성분에 대한 예측치를 기억한다. 근방 블록 MV 로딩(loading) 처리부(101)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드(load)한다. 근방 블록 MV 기억부(102)는 근방 블록의 움직임 벡터를 기억한다. 예측치 생성 처리부(103)는 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분을 입력하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 예측치를 생성한다. 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다.
차분치 생성 처리부(104)는 부호화 대상 블록 MV 기억부(100)에 기억된 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 및 예측치 생성 처리부(103)로부터 출력한 제1 성분에 대한 예측치를 입력하여 양자(兩者)의 차분치를 출력한다. 2진수 변환 처리부(105)는 차분치 생성 처리부(104)로부터 출력된 차분치를 2진수열로 변환한다.
2진수열로의 구체적인 변환은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다. 부호 106은, 2진수 변환 처리부(105)로부터 출력된 2진수열을 엔트로피 부호화하는 엔트로피 부호화 처리부이다. 구체적인 엔트로피 부호화는 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
예측치 생성 처리부(107)는 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분을 입력하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 예측치를 생성한다. 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 공간 미디언(space median) 예측을 적용할 수 있다.
차분치 생성 처리부(108)는, 부호화 대상 블록 MV 기억부(100)에 기억된 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분 및 예측치 생성 처리부(107)로부터 출력한 제2 성분에 대한 예측치를 입력하여 양자의 차분치를 출력한다. 2진수 변환 처리부(109)는 차분치 생성 처리부(108)로부터 출력된 차분치를 2진수열로 변환한다. 2진수열로의 구체적인 변환은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다. 엔트로피 부호화 처리부(110)는 2진수 변환 처리부(109)로부터 출력된 2진수열을 엔트로피 부호화한다. 구체적인 엔트로피 부호화는 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
다음으로 도 4를 참조하여 도 3에 도시한 벡터 예측 처리부(30)의 처리 동작을 설명하기로 한다. 도 4는, 도 3에 도시한 벡터 예측 처리부(30)의 처리 동작을 도시한 흐름도이다. 우선, 예측치 생성 처리부(103)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드하여(단계 S1), 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분으로부터 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 예측치를 생성한다(단계 S2). 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다.
다음으로 차분치 생성 처리부(104)는 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분과 동일 성분의 예측치로부터 양자의 차분치를 생성한다(단계 S3). 계속해서 2진수 변환 처리부(105)는 생성된 차분치를 2진수열로 변환한다(단계 S4). 2진수열로의 구체적인 변환은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다. 엔트로피 부호화 처리부(106)는 2진수열을 엔트로피 부호화하여 출력한다(단계 S5). 구체적인 엔트로피 부호화는 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
이 동작과 병행하여 예측치 생성 처리부(107)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드하여 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분으로부터 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 예측치를 생성한다(단계 S6). 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다.
다음으로 차분치 생성 처리부(108)는 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분과 동일 성분의 예측치로부터 양자의 차분치를 생성한다(단계 S7). 계속해서 2진수 변환 처리부(109)는 생성된 차분치를 2진수열로 변환한다(단계 S8). 2진수열로의 구체적인 변환은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다. 엔트로피 부호화 처리부(110)는 2진수열을 엔트로피 부호화하여 출력한다(단계 S9). 구체적인 엔트로피 부호화는 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
다음으로 도 5를 참조하여 도 3에 도시한 벡터 예측 처리부(30)를 변형한 구성을 설명하기로 한다. 도 5는, 도 3에 도시한 벡터 예측 처리부(30)를 변형한 구성을 도시한 블록도이다.
도 5에서, 도 3에 도시한 장치와 같은 부분에는 같은 부호를 붙이고 그 설명을 생략하기로 한다. 이 도면에 도시한 장치가 도 3에 도시한 장치와 다른 점은, 제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부(111), 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부(112) 및 2진수 변환 맵 생성 처리부(113)가 제공되어 있는 점이다.
제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부(111)는, 근방 블록 MV 기억부(102)에 기억된 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 및 부호화 대상 블록 MV 기억부(100)에 격납된 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분을 로드하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분의 차분치를 출력한다. 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부(112)는, 출력된 차분치 및 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분으로부터 수학식 1에 따라 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 확률 밀도 함수를 출력한다. 또 일반화 가우스 분포를 규정하는 파라미터(q, λ)는 외부로부터 주어지는 것으로 한다.
2진수 변환 맵 생성 처리부(113)는, 출력된 확률 밀도 함수를 이용하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 후보치를 발생 확률에 의해 내림차순으로 소트하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 모든 후보 벡터 내의 순위를 구한다. 2진수 변환 처리부(109)는, 2진수 변환 맵 생성 처리부(113)에서 구한 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 순위를 입력하고 이 순위를 2진수로 변환한다. 이 순위의 값에 대한 구체적인 2진수열의 할당은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다.
다음으로 도 6을 참조하여 도 5에 도시한 벡터 예측 처리부(30)의 처리 동작을 설명하기로 한다. 도 6은, 도 5에 도시한 벡터 예측 처리부(30)의 처리 동작을 도시한 흐름도이다. 우선, 예측치 생성 처리부(103)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드하여(단계 S1), 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분으로부터 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 예측치를 생성한다(단계 S2). 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다.
다음으로 차분치 생성 처리부(104)는 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분과 동일 성분의 예측치로부터 양자의 차분치를 생성한다(단계 S3). 계속해서 2진수 변환 처리부(105)는 생성된 차분치를 2진수열로 변환한다(단계 S4). 2진수열로의 구체적인 변환은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다. 엔트로피 부호화 처리부(106)는 2진수열을 엔트로피 부호화하여 출력한다(단계 S5). 구체적인 엔트로피 부호화는 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
이 동작과 병행하여 제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부(111)는, 근방 블록으로서 지정된 각 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 및 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분을 로드하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터에 대한 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 차분치를 출력한다(단계 S61). 계속해서 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부(112)는, 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 차분치 ex (m) 및 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분 uy (m)(m = 0, …, M-1로 함)를 입력하고 수학식 1에 따라 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 확률 밀도 함수를 출력한다(단계 S71). 일반화 가우스 분포를 규정하는 파라미터(q, λ)는 외부로부터 주어지는 것으로 한다.
다음으로 2진수 변환 맵 생성 처리부(113)는 출력된 확률 밀도 함수를 입력하고 이 확률 밀도 함수를 이용하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 후보치를 발생 확률에 의해 내림차순으로 소트하여 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 모든 후보 내의 순위를 구한다(단계 S72). 그리고 2진수 변환 처리부(109)는 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분 및 이 제2 성분에 대해 구한 순위에 기초하여 이 제2 성분을 2진수로 변환한다(단계 S81). 소트 후의 값에 대한 구체적인 2진수열의 할당은 부호화시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호를 이용한다. 엔트로피 부호화 처리부(110)는 2진수열을 엔트로피 부호화하여 출력한다(단계 S9).
다음으로 도 7을 참조하여 도 2에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(28)의 구성을 설명하기로 한다. 도 7은, 도 2에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(28)의 구성을 도시한 블록도이다. 이 도면에서 부호 201은, 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드하는 근방 블록 MV 로딩 처리부이다. 근방 블록 MV 기억부(202)는 로드된 근방 블록의 움직임 벡터를 기억한다. 예측치 생성 처리부(203)는 근방 블록 MV 기억부(202)에 기억된 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분을 입력하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 예측치를 생성한다. 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다.
엔트로피 복호 처리부(204)는 부호화 데이터 기억부(200)에 기억된 움직임 벡터의 제1 성분에 관한 부호화 데이터를 입력하고 엔트로피 복호 처리를 하여 2진수열을 생성한다. 구체적인 엔트로피 복호 처리는 복호시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다. 2진수 역변환 처리부(205)는 출력된 2진수열을 제1 성분 차분치로 변환한다. 가산 처리부(206)는 출력된 2진수열 및 예측치 생성 처리부(203)로부터 출력된 예측치를 입력하고 양자를 가산하여 움직임 벡터의 제1 성분을 출력한다.
예측치 생성 처리부(207)는 근방 블록 MV 기억부(202)에 기억된 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분을 입력하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 예측치를 생성한다. 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다.
엔트로피 복호 처리부(208)는 부호화 데이터 기억부(200)에 기억된 움직임 벡터의 제2 성분에 관한 부호화 데이터를 입력하고 엔트로피 복호 처리를 하여 2진수열을 생성한다. 구체적인 엔트로피 복호 처리는 복호시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다. 2진수 역변환 처리부(209)는 출력된 2진수열을 제2 성분 차분치로 변환한다. 가산 처리부(210)는 출력된 2진수열 및 예측치 생성 처리부(207)로부터 출력된 예측치를 입력하고 양자를 가산하여 움직임 벡터의 제2 성분을 출력한다.
다음으로 도 8을 참조하여 도 7에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(28)의 처리 동작을 설명하기로 한다. 도 8은, 도 7에 도시한 움직임 벡터 예측 처리부(28)의 처리 동작을 도시한 흐름도이다. 우선, 예측치 생성 처리부(203)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드한다(단계 S11). 엔트로피 복호 처리부(204)는 제1 성분의 움직임 벡터에 관한 부호화 데이터를 입력하여 엔트로피 복호 처리를 하고 2진수열을 생성하여 출력한다(단계 S12). 구체적인 엔트로피 복호 처리는 복호시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
다음으로 2진수 역변환 처리부(205)는 2진수열을 역변환하여 제1 성분 차분치를 출력한다(단계 S13). 2진수열의 구체적인 역변환은 별도로 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호의 부호표를 이용한다. 계속해서 예측치 생성 처리부(203)는 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분으로부터 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 예측치를 생성한다(단계 S14). 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다. 그리고 가산 처리부(206)는 출력된 제1 성분 차분치 및 출력된 예측치를 입력하여 양자를 가산하고 가산치를 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분으로서 출력한다(단계 S15).
이 동작과 병행하여 예측치 생성 처리부(207)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드한다(단계 S11). 엔트로피 복호 처리부(208)는 제2 성분의 움직임 벡터에 관한 부호화 데이터를 입력하여 엔트로피 복호 처리를 하고 2진수열을 생성하여 출력한다(단계 S16). 구체적인 엔트로피 복호 처리는 복호시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
다음으로 2진수 역변환 처리부(209)는 2진수열을 역변환하여 제2 성분 차분치를 출력한다(단계 S17). 2진수열의 구체적인 역변환은 별도로 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호의 부호표를 이용한다. 계속해서 예측치 생성 처리부(207)는 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분으로부터 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 예측치를 생성한다(단계 S18). 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다. 그리고 가산 처리부(210)는 출력된 제2 성분 차분치 및 출력된 예측치를 입력하여 양자를 가산하고 가산치를 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분으로서 출력한다(단계 S19).
다음으로 도 9를 참조하여 도 7에 도시한 벡터 예측 처리부(28)를 변형한 구성을 설명하기로 한다. 도 9는, 도 7에 도시한 벡터 예측 처리부(28)를 변형한 구성을 도시한 블록도이다.
이 도면에서, 도 7에 도시한 장치와 같은 부분에는 같은 부호를 붙이고 그 설명을 생략하기로 한다. 이 도면에 도시한 장치가 도 7에 도시한 장치와 다른 점은, 제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부(211), 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부(212) 및 변환 맵 생성 처리부(213)가 제공되어 있는 점이다.
제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부(211)는, 근방 블록 MV 기억부(202)에 기억된 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 및 부호화 데이터 기억부(200)에 기억된 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분을 입력하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터에 대한 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 차분치를 출력한다. 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부(212)는 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 차분치 및 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분을 입력하고, 수학식 1에 따라 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 확률 밀도 함수를 출력한다. 또 일반화 가우스 분포를 규정하는 파라미터(q, λ)는 외부로부터 주어지는 것으로 한다.
변환 맵 생성 처리부(213)는 출력된 확률 밀도 함수를 입력하고 이 확률 밀도 함수를 이용하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 후보치를 발생 확률에 의해 내림차순으로 소트하고 이 제2 성분의 모든 후보치의 순위와 이 제2 성분의 대응 관계(변환 맵)를 구한다.
엔트로피 복호 처리부(208)는 부호화 데이터 기억부(200)에 기억된 움직임 벡터의 제2 성분에 관한 부호화 데이터를 입력하고 엔트로피 복호 처리를 하여 2진수열을 생성한다. 구체적인 엔트로피 복호 처리는 복호시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다. 2진수 변환 처리부(209)는, 출력된 이 제2 성분에 관한 2진수열을 역변환하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 모든 후보 벡터 내의 순위를 산출한다. 이 역변환은, 부호화시에 이용한 부호표(예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호)를 역방향 조회(reverse loopup)함으로써 실현된다. 또한 산출된 동일 순위 및 변환 맵을 입력하여 동일 순위의 정보를 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분으로 변환한다.
다음으로 도 10을 참조하여 도 9에 도시한 벡터 예측 처리부(28)의 처리 동작을 설명하기로 한다.
도 10은, 도 9에 도시한 벡터 예측 처리부(28)의 처리 동작을 도시한 흐름도이다.
우선, 예측치 생성 처리부(203)는 지정된 근방 블록의 움직임 벡터를 로드한다(단계 S11). 엔트로피 복호 처리부(204)는 제1 성분의 움직임 벡터에 관한 부호화 데이터를 입력하여 엔트로피 복호 처리를 하고 2진수열을 생성하여 출력한다(단계 S12). 구체적인 엔트로피 복호 처리는 복호시에 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 H.264/AVC로 채용된 CABAC를 이용한다.
다음으로 2진수 역변환 처리부(205)는 2진수열을 역변환하여 제1 성분 차분치를 출력한다(단계 S13). 2진수열의 구체적인 역변환은 별도로 주어지는 것으로 한다. 예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호의 부호표를 이용한다. 계속해서 예측치 생성 처리부(203)는 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분으로부터, 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분에 대한 예측치를 생성한다(단계 S14). 예측치의 생성 방법은 미리 주어지는 것으로 하며, 예를 들면 상술한 공간 미디언 예측을 적용할 수 있다. 그리고 가산 처리부(206)는 출력된 제1 성분 차분치 및 출력된 예측치를 입력하여 양자를 가산하고 가산치를 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분으로서 출력한다(단계 S15).
이 동작과 병행하여 엔트로피 복호 처리부(208)는 제2 성분의 움직임 벡터에 관한 부호화 데이터를 입력하여 엔트로피 복호 처리를 하고 2진수열을 생성하여 출력한다(단계 S16). 제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부(211)는 근방 블록으로서 지정된 각 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 및 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분을 입력하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터에 대한 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분 차분치를 출력한다(단계 S171).
다음으로 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부(212)는 출력된 차분치 및 각 근방 블록의 움직임 벡터의 제2 성분을 입력하고 수학식 1에 따라 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 확률 밀도 함수를 추정하여 출력한다(단계 S172). 또 일반화 가우스 분포를 규정하는 파라미터(q, λ)는 외부로부터 주어지는 것으로 한다. 계속해서 변환 맵 생성 처리부(213)는 출력된 확률 밀도 함수를 이용하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분의 후보치를 발생 확률에 의해 내림차순으로 소트하고 이 제2 성분의 모든 후보치의 순위와 이 제2 성분의 대응 관계(변환 맵)를 생성한다(단계 S181).
다음으로 2진수 변환 처리부(209)는, 단계 S16에서 출력된 이 제2 성분에 관한 2진수열을 역변환하여 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분에 대한 모든 후보 벡터 내의 순위를 산출한다. 이 역변환은, 부호화시에 이용한 부호표(예를 들면 Golomb 부호나 Exp-Golomb 부호)를 역방향 조회함으로써 실현된다. 또한 산출된 동일 순위 및 변환 맵을 입력으로 하여 동일 순위의 정보를 복호 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분으로 변환한다(단계 S191).
다음으로 도 12를 참조하여 도 1, 도 2에 도시한 동화상 부호화 장치, 동화상 복호 장치를 포함한 화상 전송 시스템의 구성을 설명하기로 한다. 도 12는 화상 전송 시스템의 구성을 도시한 블록도이다. 도 12에서 동화상 입력부(601)는 카메라 등으로 촬상한 동화상을 입력한다. 동화상 부호화 장치(602)는 도 1에 도시한 동화상 부호화 장치로 구성되며, 동화상 입력부(601)에 의해 입력된 동화상을 부호화하여 송신한다. 전송로(603)는 동화상 부호화 장치(602)로부터 송신된 부호화 동화상의 데이터를 전송한다. 동화상 복호 장치(604)는 도 2에 도시한 동화상 복호 장치로 구성되며, 전송로(603)에 의해 전송된 부호화 동화상의 데이터를 수신하고 부호화 동화상의 데이터를 복호하여 출력한다. 동화상 출력부(605)는, 동화상 복호 장치(604)에서 복호된 동화상을 표시 장치 등에 출력한다.
다음으로 도 12에 도시한 화상 전송 시스템의 동작을 설명하기로 한다. 동화상 부호화 장치(602)는 동화상 입력부(601)를 통해 동화상의 데이터를 입력하고 동화상의 프레임마다 상술한 처리 동작에 의해 부호화한다. 그리고 동화상 부호화 장치(602)는 부호화된 동화상 데이터를 전송로(603)를 통해 동화상 복호 장치(604)에 송신한다. 동화상 복호 장치(604)는 이 부호화 동화상 데이터를 상술한 처리 동작에 의해 복호하고 동화상 출력부(605)를 통해 표시 장치 등에 동화상을 표시한다.
이상 설명한 것처럼, 움직임 벡터의 제1 성분치를 이용하여 제2 성분치의 부호화를 하도록 했기 때문에 제2 성분치의 부호량을 삭감할 수 있게 되어 동화상 부호화 처리에서의 발생 부호화량을 줄일 수 있다.
아울러 도 1에서의 처리부의 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 기록하고, 이 기록매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 로드하여 실행함으로써 화상 부호화 처리 및 화상 복호 처리를 해도 좋다.
아울러 여기서 말하는 「컴퓨터 시스템」이란, 0S나 주변기기 등의 하드웨어를 포함하는 것으로 한다. 또 「컴퓨터 시스템」은, 홈페이지 제공 환경(혹은 표시 환경)을 갖춘 WWW 시스템도 포함하는 것으로 한다. 또 「컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체」란, 플렉서블 디스크, 광자기 디스크, ROM, CD-ROM 등의 휴대용 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 말한다. 또한 「컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체」란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 통해 프로그램이 송신된 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리(RAM)와 같이 일정 시간 프로그램을 보유하고 있는 것도 포함하기로 한다.
또 상기 프로그램은, 이 프로그램을 기억 장치 등에 격납한 컴퓨터 시스템으로부터 전송 매체를 통해, 혹은 전송 매체 중의 전송파에 의해 다른 컴퓨터 시스템에 전송되어도 좋다. 여기서 프로그램을 전송하는 「전송 매체」는, 인터넷 등의 네트워크(통신망)나 전화 회선 등의 통신 회선(통신선)과 같이 정보를 전송하는 기능을 가진 매체를 말한다. 또 상기 프로그램은 상술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 좋다. 또한 상술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것, 이른바 차분 파일(차분 프로그램)이어도 좋다.
<산업상 이용 가능성>
본 발명에 관한 동화상 부호화 장치는, 움직임 벡터의 부호화 효율을 향상시켜 움직임 벡터의 부호량을 종래 기술보다 삭감해야만 하는 용도에 적용할 수 있다.
1 동화상 부호화 장치
2 동화상 복호 장치
100 부호화 대상 블록 MV 기억부
101 근방 블록 MV 로딩 처리부
102 근방 블록 MV 기억부
103 예측치 생성 처리부
104 차분치 생성 처리부
105 2진수 변환 처리부
106 엔트로피 부호화부
109 2진수 변환 처리부
110 엔트로피 부호화 처리부
111 제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부
112 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부
113 2진수 변환 맵 생성 처리부
200 부호화 데이터 기억부
201 근방 블록 MV 로딩 처리부
202 근방 블록 MV 기억부
203 예측치 생성 처리부
204 엔트로피 복호 처리부
205 2진수 역변환 처리부
206 가산 처리부
208 엔트로피 복호 처리부
209 2진수 변환 처리부
211 제1 성분에 대한 차분치 생성 처리부
212 제2 성분의 확률 밀도 함수 추정 처리부
213 변환 맵 생성 처리부

Claims (6)

  1. 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용한 동화상 부호화 장치로서,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치와의 차분치인 상기 제1 성분의 차분치를 구하고, 구해진 상기 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화부,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치의 부호어를 정해 상기 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화부,
    를 구비한 동화상 부호화 장치.
  2. 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 부호화된 상기 화상을 복호하는 동화상 복호 장치로서,
    제1 성분의 차분치를 복호하여 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와 상기 제1 성분의 차분치를 가산하여 상기 제1 성분치를 생성하는 제1 성분 복호부,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치와 상기 제2 성분치의 부호어와의 대응 관계를 동정(同定; identification)하여 부호화 데이터로서 주어진 상기 제2 성분치의 부호어를 상기 제2 성분치로 복호하는 제2 성분 복호부,
    를 구비한 동화상 복호 장치.
  3. 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용한 동화상 부호화 방법으로서,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치와의 차분치인 상기 제1 성분의 차분치를 구하여 상기 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화 단계,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치의 부호어를 정해 상기 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화 단계,
    를 가진 동화상 부호화 방법.
  4. 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 부호화된 상기 화상을 복호하는 동화상 복호 방법으로서,
    제1 성분의 차분치를 복호하여 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와 상기 제1 성분의 차분치를 가산하여 상기 제1 성분치를 생성하는 제1 성분 복호 단계,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치와 상기 제2 성분치의 부호어와의 대응 관계를 동정하여 부호화 데이터로서 주어진 상기 제2 성분치의 부호어를 상기 제2 성분치로 복호하는 제2 성분 복호 단계,
    를 가진 동화상 복호 방법.
  5. 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용한 동화상 부호화 장치상의 컴퓨터에 화상 부호화 처리를 행하게 하는 동화상 부호화 프로그램으로서,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치와의 차분치인 상기 제1 성분의 차분치를 구하여 상기 제1 성분의 차분치를 부호화하는 제1 성분 부호화 단계,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치의 부호어를 정해 상기 제2 성분치를 부호화하는 제2 성분 부호화 단계,
    를 행하게 하는 동화상 부호화 프로그램.
  6. 화상을 소정 사이즈의 블록으로 분할하여 부호화 대상 블록과 근방 블록 사이에서의 움직임 벡터의 복수의 성분치 중 한쪽 성분치를 제1 성분치로 하고 다른쪽 성분치를 제2 성분치로 하여 상기 제1 성분치와 상기 제2 성분치를 각각 부호화함으로써 상기 블록별 움직임 보상 프레임 간 예측을 이용하여 부호화된 상기 화상을 복호하는 동화상 복호 장치상의 컴퓨터에 화상 복호 처리를 행하게 하는 동화상 복호 프로그램으로서,
    제1 성분의 차분치를 복호하여 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치로부터 생성한 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제1 성분치의 예측치와 상기 제1 성분의 차분치를 가산하여 상기 제1 성분치를 생성하는 제1 성분 복호 단계,
    상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와, 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 상기 제1 성분치와의 차분치와, 상기 근방 블록의 움직임 벡터의 상기 제2 성분치에 기초하여 상기 부호화 대상 블록의 움직임 벡터의 제2 성분치의 후보치에 대한 발생 확률을 구하고, 상기 발생 확률에 기초하여 상기 제2 성분치와 상기 제2 성분치의 부호어와의 대응 관계를 동정하여 부호화 데이터로서 주어진 상기 제2 성분치의 부호어를 상기 제2 성분치로 복호하는 제2 성분 복호 단계,
    를 행하게 하는 동화상 복호 프로그램.
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