TW201311010A - 影像編碼方法、裝置、影像解碼方法、裝置及其程式 - Google Patents

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Abstract

一種影像編碼方法係減低動作補償畫面間預測之預測誤差能量，而謀求編碼效率之改善。使用小數精密度之動作補償之影像編碼方法係包括：使用依據複數個內插濾波器集合而指定內插濾波器係數的加權值之加權參數，而產生複數個加權濾波器係數之步驟；在前述加權濾波器係數中，選擇將前述小數精密度的動作補償之預測誤差能量予以最小化之加權濾波器係數之步驟；藉由適用以前述所選擇之加權濾波器係數所得之內插濾波器，而進行相對於參照畫像之小數精密度畫素之內插，並藉由前述小數精密度之動作補償對輸入畫像進行編碼之步驟；以及將用於前述所選擇之加權濾波器係數的產生之加權參數及前述內插濾波器係數進行編碼，並將經過編碼之加權參數及經過編碼之內插濾波器係數加入編碼位元訊流之步驟。

Description

影像編碼方法、裝置、影像解碼方法、裝置及其程式
本發明係關於謀求影像編碼之內插濾波器(filter)的性能改善，並改善編碼效率之影像編碼/解碼技術。
本申請案係依據2011年6月27日於日本提出申請之日本特願2011-141725號主張優先權，並在此引用其內容。
於影像編碼中，就在不同畫面間執行預測之畫面間預測(動作補償)編碼而言，係參照已解碼完成之圖框(frame)，求取使預測誤差能量(energy)成為最小之動作向量(vector)，並將該預測誤差信號(又稱為殘差信號)予以正交變換。之後，施以量子化，且經過熵值(entropy)編碼，而在最後成為二元資料(binary data)，亦即位元訊流(bit stream)。為了提高編碼效率，預測誤差能量的減低係不可或缺，而要求預測精密度較高之預測方式。
於影像編碼標準方式中，係導入有多種用以提高畫面間預測的精密度之工具(tool)。例如，在H.264/AVC中，係在於最接近之圖框存在有掩蔽(occlusion)時，由於參照在時間性上稍微遠離之圖框較能夠減低預測誤差能量，故係使其可參照複數個圖框。本工具係稱為複數參照圖框預測。再者，為了亦能夠對應於複雜的形狀之動作，係使其除了16×16及8×8以外，亦能夠以16×8、8×16、8×4、4×8、4×4之方式來細分割區塊大小。本工具係稱為可 變區塊大小預測。
與該等同樣地，藉由從參照圖框的整數精密度畫素使用6分接(tap)之濾波器對1/2精密度的畫素進行內插，再利用該畫素以線性內插而產生1/4精密度的畫素。藉此，對於小數精密度的動作，預測係成為可相符合。本工具係稱為1/4畫素精密度預測。
對於編碼效率比H.264/AVC更高的下一代影像編碼標準方式之測定，國際標準化組織ISO/IEC"MPEG"(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission"Moving Picture Experts Group"，國際電工委員會"動畫專家群")以及ITU-T"VCEG"(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector"Video Coding Experts Group"，國際電信聯盟遠程通信標準化組"視訊編碼專家群")係共同設立了檢討團隊(Joint Collaborative Team for Video Coding：JCT-VC，視訊編碼聯合協作小組)。下一代標準方式係稱為高能率影像編碼方式(High Efficiency Video Coding：HEVC)，現在係從世界各國收集各種新規編碼技術，且於JCT-VC聚會上進行審議。
其中，尤其係有多數關聯於畫面間預測(動作補償)之提案，而在HEVC用參照軟體(HEVC test Model：HM，HEVC測試模型)中，係採用有改善動作向量的預測效率之工具，及將區塊大小擴張為16×16以上之工具。
再者，亦提案有提高小數精密度畫素的內插精密度之工具，而將內插濾波器係數從DCT(Discrete Cosine Transform，離散餘弦變換)係數的基底導出之DCT基底內插濾波器(DCT-based Interpolation Filter：DCT-IF)係效果較高，而由HM所採用。為了進一步提高內插精度，亦提案有使內插濾波器係數以圖框單位適應性地變化之內插濾波器，而稱為適應內插濾波器(Adaptive Interpolation Filter：AIF)。適應內插濾波器係編碼效率改善之效果較高，而亦為由VCEG主導而產生之下一代影像編碼取向參照軟體(Key Technical Area：KTA，關鍵技術領域)。由於對於編碼效率提高之助益較高，故內插濾波器的性能改善為非常受到期待之領域。
針對以往的內插濾波器再進行詳細的說明。
[固定性的內插]
第8圖係顯示H.264/AVC之小數精密度的畫素內插方法之圖。如第8圖所示，於H.264/AVC中，在1/2畫素位置的內插時，係使用成為對象之內插畫素的左右各3點合計6個整數畫素而進行內插。對於垂直方向係使用上下各3點合計6個整數畫素而進行內插。濾波器係數係分別成為[(1，-5，20，20，-5，1)/32]。在1/2畫素位置經過內插後，1/4畫素位置係使用[1/2，1/2]之平均值濾波器進行內插。由於必須一次對1/2畫素位置全部進行內插而予以求取，故雖計算複雜度較高，惟係可進行高性能之內插，而導至提高編碼效率。以上之固定濾波器所 進行之內插技術係顯示於非專利文獻1等。
如H.264/AVC的一維6分接濾波器之對於全部輸入畫像及全部圖框使用相同值的係數值之濾波器，係稱為固定內插濾波器(Fixed Interpolation Filter)。
就進一步改善H.264/AVC所採用之內插濾波器的性能之方式而言，在HEVC用參照軟體HM中，係採用DCT基底內插濾波器(DCT-IF)。該DCT基底內插濾波器的小數精密度的畫素內插方法係顯示於第9圖。如第9圖所示，將小數精密度位置之內插對象畫素設為p，將整數位置畫素設為px，將顯示p的位置之整數位置畫素間參數設為α(0≦α≦1)。此時，係將使用於內插之整數位置的畫素數，亦即將分接長設為2M(M為1以上之整數值)。依據DCT變換的定義式，式(1)係成立。
再者，依據逆DCT變換的定義式，式(2)係成立。
藉由將x視為位置，小數位置α之畫素內插式係成為下述式(3)。
依據式(3)，若能決定內插所用之分接長2M及內插對象位置α，則可無歧異地導出係數。從上述討論所得到之內插濾波器之事例係彙整於表1及表2。關於上述之詳細內容，係顯示於非專利文獻2。
由於該DCT基底內插濾波器係可對應於任意的濾波器長及內插精密度，而為高性能之內插濾波器，故為HEVC用測試模型HM所採用。
[適應性的內插]
在H.264/AVC中，係無關於輸入畫像條件(程序(sequence)種類/畫像大小/圖框率(frame rate))及編碼條件(區塊大小/GOP(Group of Pictures，圖片群)構造/QP(Quantization Parameter，量子化參數))，而濾波器係數值為一定。濾波器係數值為固定時，並未考慮混淆(aliasing)、量子化誤差、動作推定所造成之誤差、及攝影機雜訊(camera noise)之時間性的變化之效果。因此，推測在編碼效率方面的性能提升上係有其極限。故，在非專利文獻3中係提案有使內插濾波器係數適應性地變化之方式，而稱之為非分離型適應內插濾波器。
於非專利文獻3中，係考量二維內插濾波器(6×6計36個濾波器係數)並以使預測誤差能量成為最小之方式決定濾波器係數。雖比使用H.264/AVC所用之一維6分接之固定內插濾波器實現了更高之編碼效率，惟由於在求取濾波器係數上之計算複雜度係非常高，故在非專利文獻4中係介紹有用以減低該計算複雜度之提案。
非專利文獻4所介紹之手法係稱為分離型適應內插濾波器(SAIF：Separable Adaptive Interpolation Filter)，係並非使用二維內插濾波器，而是使用一維之6分接內插濾波器。
第10A圖至第10C圖係顯示分離型內插濾波器(SAIF)之小數精密度的畫素內插方法之圖。就其程序而言，係如第10B圖的步驟(Step)1所示，首先對水平方向的畫素(a，b，c)進行內插。濾波器係數的決定係使用整數精密度畫素C1至C6。使式(4)之預測誤差能量函數Eh 2最小化之水平方向濾波器係數，係藉由一般所習知之最小平方法(參照非專利文獻3)而解析性地予以決定。
其中，S係顯示原畫像、P係顯示已解碼參照畫像、x及y係分別顯示畫像中的水平及垂直方向的位置。再者，~x(~係附加於x的上方之記號；其他亦同)係 ~x=x+MVx-FilterOffset，而MVx係顯示事前得到之動作向量之水平成分，FilterOffset係顯示用以調整之偏移(將水平方向濾波器長除以2之值)。對於垂直方向係成為~y=y+MVy，而MVy係顯示動作向量之垂直成分。wci係顯示應求取之水平方向濾波器係數群ci(0≦ci<6)。
成為可得到與式(4)所求得之濾波器係數相同數之一次方程式，而最小化處理係按每個水平方向的小數畫素位置而獨立地予以實施。經由該最小化處理，係求得3種類之6分接濾波器係數群，而使用該濾波器係數群將小數精密度畫素a、b、c予以內插。
如第10C圖的步驟2所示，在水平方向的畫素內插完成後，實施垂直方向的內插處理。藉由解出與水平方向相同之線性問題來決定垂直方向之濾波器係數。具體而言，係將使式(5)的預測誤差能量函數Ev 2最小化之垂直方向濾波器係數解析性地予以決定。
其中，S係顯示原畫像，ˆP(ˆ係附加於P的上方之記號)係顯示在解碼後於水平方向進行內插處理之畫像，而x及y係分別顯示畫像中的水平及垂直方向的位置。再者，~x係以~x=4‧(x+MVx)予以表現，而MVx係顯示經過整數化之動作向量的水平成分。對於垂直方向，~y係以~y=y +MVy-FilterOffset予以表現，而MVy係顯示動作向量的垂直成分，FilterOffset係顯示用以調整之偏移(將濾波器長除以2之值)。wci係顯示應求取之垂直方向濾波器係數群cj(0≦cj<6)。
最小化處理係按每個小數精密度畫素而獨立地實施，而可得到12種類之6分接濾波器係數。使用該濾波器係數對殘留之小數精密度畫素進行內插。
依據上述，係必須對合計90(=6×15)個濾波器係數進行編碼並傳送至解碼側。尤其對於低解析度之編碼而言，該管理負擔(overhead)會變大，故使用濾波器的對稱性而刪減應傳送之濾波器係數。例如，在第10A圖中，b、h、i、j、k的位置係關於內插方向從各整數精密度畫素觀看係位於中心之位置，而若為水平方向，則使使用於左3點之係數反轉而可適用於右3點。同樣地，若為垂直方向，則使使用於上3點之係數反轉而可適用於下3點(c1=c6，c2=c5，c3=c4)。
另外由於d與l係隔著h而成為對稱關係，故濾波器係數亦可分別反轉並加以利用。亦即，若傳送d的6個係數，則該值亦可利用於l。成為c(d)1=c(l)6、c(d)2=c(l)5、c(d)3=c(l)4、c(d)4=c(l)3、c(d)5=c(l)2、c(d)6=c(l)1。該對稱性係亦可利用於e與m、f與n、g與o。對於a與c，同樣的理論雖亦成立，惟由於水平方向對於垂直方向的內插亦會對結果帶來影響，故不使用對稱性，a與c係分別進行傳送。利用以上 對稱性之結果，按每個圖框而應進行傳送之濾波器係數係成為51(水平方向為15，垂直方向為36)個。
於上述，非專利文獻4的適應內插濾波器，係以圖框固定預測誤差能量的最小化處理之單位。對於一枚圖框，係決定51個濾波器係數。在將編碼對象圖框姑且分為較大之二種類(或複數種類之)的紋路區域A、B時，最適合的濾波器係數係成為考量該兩者(或全部的紋路)之係數群。在設為於A區域原本僅垂直方向出現具特徵之濾波器係數，而在B區域僅水平方向可得到濾波器係數之情況下，係以將該兩方平均化之形式來導出濾波器係數。
於非專利文獻5係提案有不對每一枚圖框限定一個濾波器係數群(51個係數)，而因應於畫像的局部性的性質進行區域分割，並按每個所分割之區域產生內插濾波器係數，而達成預測誤差能量減低，並實現編碼效率的改善之方法。
再者，提案有以非專利文獻4的適應內插濾波器的性能改善為目的，而按每個內插位置進行分群(grouping)，以可減低預測誤差能量之方式，而進行以該分群單位所固定之內插濾波器及適應內插濾波器之選擇來產生內插畫像之技術(參照非專利文獻6)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻1：日本特開2011-82725號公報
(非專利文獻)
非專利文獻1：大久保榮，角野真也，菊池義浩，鈴木輝彥："H.264/AVC教科書改訂三版"，Impress, pp. 119-123, 2009
非專利文獻2：Ken McCann, Woo-Jin Han, Il-Koo Kim, Jung-Hye Min, Elena Alshina, Alexander Alsin, Tammy Lee, Jianle Chen, Vadim Seregin, Sunil Lee, Yoon-Mi Hong, Min-Su Cheon, Nikolay Shlyakhov, "Samsung’s Response to the Call for Proposals on Video Compression Technology", JCTVC-A124 r2, pp. 12-14, 1st JCT-VC Meeting, Dresden, Apr. 2010
非專利文獻3：Y. Vatis, B. Edler, D. T. Nguyen, J. Ostermann: "Motion-and aliasing-compensated prediciton using a two-dimensional non-separable adaptive Wiener interpolation filter", Proc. ICIP2005, IEEE International Conferece on Image Processing, pp. II 894-897, Genova, Italy, Sep. 2005
非專利文獻4：S. Wittmann, T. Wedi: "Separable adaptive interpolation filter for video coding", Proc ICIP2008, IEEE International Conference on Image Processing, pp. 2500-2503, San Diego, California, USA, Oct. 2008
非專利文獻5：Shohei Matso, Yukihiro Bandoh, Seishi Takamura, Hirohisa Jozawa: "Enhanced region-based adaptive interpolation filter", Proc. PCS2010, IEEE Picture coding Symposium, pp. 526-529, Nagoya, Japan, Dec. 2010
非專利文獻6：Faouzi Kossentini, Nader Mahdi, Hsan Guermazi, Mohammed Ali Ben Ayed: "An Adptive Interpolation Filtering Technique", JCTVC-E284, 5th JCT-VC Meeting, Geneva, Mar. 2011
就非專利文獻4及非專利文獻5所記載之內插濾波器而言，並無按每個內插位置切換內插濾波器之功能，而在動作補償的功能提升上尚有改善之空間。
非專利文獻6所記載之具有內插位置適應性之內插濾波器係判斷使用按每個所內插之位置而於事前定義之固定內插濾波器，或使用以圖框單位所導出之適應內插濾波器。濾波器選擇係以預測誤差能量最小化之觀點來選擇，且成為一定會選擇其中一方之方式。
欲藉由從複數個內插濾波器中進行選擇而達成編碼效率之提升，可考量增加內插濾波器的選擇之空間，更能夠將預測誤差能量最小化。然而，非專利文獻6所記載之方法係為二者擇一之選擇，而認為在性能提升上有極限。若可設計成將複數個內插濾波器的加權和加入選擇範圍，而藉此進一步實現預測誤差能量之減低之內插濾波器，則可實現編碼效率之改善。
本發明之目的在於提供一種新的方式，係用以謀求上 述課題之改善，藉由增加內插濾波器的選擇之空間，而使動作補償畫面間預測之預測誤差能量比先前技術更加減低，並改善編碼效率。
就為了達成上述目的之方法而言，本發明係依據複數個內插濾波器的加權和更能夠減低預測誤差能量之思維，而將加權內插濾波器加入內插畫像產生之選擇。在判斷為加權內插濾波器係將預測誤差能量最小化之情形時，係傳送加權係數。藉由使用本手段係可更靈活地產生內插預測畫像，並藉由預測誤差能量之減低而實現編碼效率之改善。
就本發明而言，在使用小數精密度的動作補償之影像編碼中，係進行例如下述之處理。
˙藉由預先指定之方法或其他任何方法將小數精密度畫素的內插位置分為複數個群組。
˙按每個內插位置的群組，而從複數個內插濾波器集合(set)中使用複數個參數導出加權濾波器係數。
˙在加權濾波器係數中，選擇將預測誤差能量予以最小化之加權濾波器係數。
˙藉由適用依加權濾波器係數而來之內插濾波器，進行相對於參照畫像之小數精密度畫素之內插，並藉由小數精密度之動作補償而對輸入畫像進行編碼。
˙對指定所選擇之加權濾波器係數的加權值之加權參數及使用於動作補償之內插濾波器係數進行編碼，並加入編碼位元訊流(bit stream)。
再者，就本發明而言，於使用小數精密度的動作補償之影像解碼中，係進行例如下述之處理。
˙按每個內插位置的群組，對指定內插濾波器係數的加權值之加權參數及用以產生小數精密度畫素之內插濾波器係數進行解碼。
˙使用所解碼之加權參數而產生藉由所解碼之內插濾波器係數的加權和所決定之加權濾波器係數。
˙使用所產生之加權濾波器係數來產生預測信號。
˙對殘差信號進行解碼，並使用該殘差信號及前述預測信號來產生解碼畫像。
本發明之作用係如下述。在以往的具有內插位置適應性之內插濾波器中，就切換內插濾波器之單位而言，係成為二者擇一之方式，而在性能改善上有極限。另一方面，就本發明而言，係例如按每個內插位置群組而計算複數個濾波器係數的加權和並求取最適合之加權係數，並藉由使用該加權係數而適用內插濾波器來實施動作補償。藉此，可更加靈活地表現內插濾波器，且藉由產生減低預測誤差能量之濾波器而達成動作補償之性能改善，而可改善編碼效率。
依據本發明，係可進行以往的具有內插位置適應性之內插濾波器所未能考量之內插濾波器的加權和之表現，而使內插濾波器的選擇範圍增加，而可藉由預測誤差能量之減低來達成編碼效率之改善。
於下述一面使用圖式一面針對本發明之一實施形態進行說明。
[影像編碼裝置的構成例]
第1圖係顯示屬於本發明一實施形態之影像編碼裝置的構成例圖。
於影像編碼裝置10中，內插濾波器係數算出部11係算出預測編碼中之對於參照畫像使用之小數精密度畫素的內插濾波器係數。內插濾波器係數判定部12係使用動作檢測部132所檢測出之動作向量MV，而計算複數個內插濾波器係數的加權和並求取最適合之加權係數，且輸出該加權參數及內插濾波器係數。再者，內插濾波器係數判定部12係在動態地決定成為切換加權濾波器係數之單位之內插位置群組時，輸出內插位置群組資訊。
預測信號產生部13係具備參照畫像內插部131及動作檢測部132。參照畫像內插部131係將由內插濾波器係數判定部12所選擇之內插濾波器係數而來之內插濾波器適用於儲存於參照畫像記憶體(memory)17之已解碼參照畫像。動作檢測部132係藉由對於內插後之參照畫像進行動作搜尋，而算出動作向量。預測信號產生部13係藉由依動作檢測部132所算出之小數精密度之動作向量所進行的動作補償來產生預測信號。
預測編碼部14係算出輸入影像信號與預測信號之殘差信號，並對該信號進行正交變換，且藉由變換係數的量 子化等進行預測編碼。再者，解碼部16係對預測編碼的結果進行解碼，且為了之後的預測編碼係將解碼畫像儲存於參照畫像記憶體17。此時，亦可在實施用以去除解塊濾波器(deblocking filter)及ALF(Adaptive Loop Filter，適應型迴路濾波器)等編碼雜訊(noise)之內嵌式迴路濾波器(in-loop filter)後再予以儲存。
可變長編碼部15係對經過量子化之變換係數、動作向量進行可變長編碼，並對屬於內插濾波器係數判定部12的輸出之加權參數、內插濾波器係數進行可變長編碼，且將該等作為編碼位元訊流並輸出。再者，在能動地決定成為切換加權濾波器係數之單位之小數精密度畫素的內插位置群組時，可變長編碼部15對於該內插位置群組織資訊亦進行編碼並加入編碼位元訊流。
[內插濾波器係數判定部的構成例1]
第2圖係顯示內插濾波器係數判定部的第1構成例圖。內插濾波器係數判定部12之部分為與先前技術有著明顯差異之部分。
於內插濾波器係數判定部12中，內插濾波器資訊取得部121係將編碼時預先準備之固定內插濾波器係數值輸出至加權濾波器係數產生部123。例如，可使用H.264/AVC所定義的6分接之係數，或DCT-IF的8分接或12分接之係數。
加權參數指定部122係設定加權參數，並將該參數輸出至加權濾波器係數產生部123。例如在取二種類之濾波 器係數的加權時，加權參數係賦予α(只要依α+β=1之規定賦予1個加權即可。雖亦可傳送α與β之二種加權，惟為了刪減管理負擔係傳送一種加權)。同樣地在計算三種類之濾波器的加權時，係依α+β+γ=1之規定賦予α、β。而在m(4以上之整數)種類的加權情形時亦相同。
加權濾波器係數產生部123係將(a)以圖框單位或區域單位所產生之適應內插濾波器係數值：fA(x)、(b)從加權參數指定部122所輸出之加權參數：α、(c)從內插濾波器資訊取得部121所輸出之固定內插濾波器係數值：fB(x)，作為輸入並進行以下計算。
α×fA(x)+β×fB(x)(其中，0≦x<t；t係分接長，β=1-α)在此雖預想為二種類之濾波器係數的加權和，惟對於三種類以上之濾波器係數的加權和亦可同樣地進行設定。加權濾波器係數產生部123係將所得到之加權濾波器係數輸出至後述之MSE算出部124。
在MSE算出部124中係將輸入作為(a)藉由動作搜尋處理所得到之動作向量MV、(b)解碼信號(局部解碼(local decode)畫像)、(c)由加權濾波器係數產生部123所輸出之加權濾波器係數， 並藉由解碼畫像的整數位置畫素及加權濾波器係數而產生動作向量MV所指示之位置之內插畫像，且計算原畫像及MSE(Mean Square Error：平均平方差)，亦即計算預測殘差能量。
MSE係可例舉使用以下之式。
MSE={(原信號-預測信號)2之總和/畫素數}
所計算之MSE係輸出至最小MSE記憶部125。
最小MSE記憶部125係將輸入設為MSE算出部124所得到之MSE，並保存該值。最小MSE記憶部125係將於事前保存或定義之最小值與輸入之MSE進行比較，並以(a)在輸入MSE值比已保存之最小值更小時：輸入MSE值、(b)在已保存之最小值比輸入MSE值更小時：已保存之最小值，之方式，判定成為最小之MSE，並進行最小值的保存及更新。再者，最小MSE記憶部125係在保存該最小值時，保存實現該MSE值之加權參數。
內插濾波器係數判定部12係在於MSE算出部124中處理過關於內插濾波器所能取得之組合之後，輸出實現最小MSE之組合，亦即(1)加權參數、(2)內插濾波器係數。
[內插濾波器係數判定部的構成例2]
第3圖係顯示內插濾波器係數判定部的第2構成例圖。第3圖所示之內插濾波器係數判定部12’與第2圖所示之內插濾波器係數判定部12之不同點在於，具備內插對象位置分群部126，並按每個屬於小數畫素位置之內插位 置的分群進行前述之加權參數的設定，且按每個內插位置群組切換內插濾波器係數。
在前述之構成例1中，雖例如對於全畫素內插位置使用加權濾波器，惟在構成例2中，係按每個所指定之內插位置群組、或按每個藉由任意方法所算出之內插位置群組，而設定用於內插濾波器所進行的內插處理之加權濾波器係數。亦可選擇對於某個內插位置群組是否要取得濾波器係數的加權和。例如，在重要的內插位置、選擇機率較高之內插位置係使用加權濾波器，而在除此之外之位置係使用非加權濾波器等，對於內插位置群組係可適應性地進行處理。
內插濾波器資訊取得部121、加權參數指定部122、加權濾波器係數產生部123之功能係與前述之構成例1相同。
內插對象位置分群部126係按屬於小數畫素位置之內插位置實施分群，並輸出每個該內插位置的群組資訊。該內插位置群組係可為對於小數畫素位置而預先決定者，亦可為例如使用動作向量的機率分布等而能動地予以決定者。
MSE算出部124係按每個由內插對象位置分群部126所輸出之內插位置群組資訊所指定之內插位置群組，而使用由加權濾波器係數產生部123所輸出之加權濾波器係數，藉由解碼畫像的整數位置畫素及加權濾波器係數來產生動作向量MV所指示之位置之內插畫像，並計算與原畫像之MSE，亦即計算預測殘差能量。所計算之MSE係輸出至 最小MSE記憶部125。再者，最小MSE記憶部125係在保存該最小值時，保存實現該MSE值之加權參數、內插位置群組資訊。
內插濾波器係數判定部12’係在施行關於內插濾波器所能取得之組合之後，輸出實現最小MSE之組合，亦即(1)加權參數、(2)內插位置群組資訊、(3)內插濾波器係數。並且，在內插位置群組為固定，且在編碼側及解碼側可共有內插位置群組資訊時，則無須輸出內插位置群組資訊。
[編碼的處理流程(flow)]
第4圖係第1圖所示之影像編碼裝置的處理流程圖(flowchart)。以下係依據第4圖，說明影像編碼裝置對一枚圖框進行編碼時之處理流程。在此，雖說明以構成例2構成內插濾波器係數判定部之情形的處理之例，惟在構成例1之情形下處理亦大致相同。於下述，若無特別說明，係假設成在亮度信號下之處理。
首先，在步驟(step)S101中，輸入進行編碼處理所需之原畫像的圖框。接著，於步驟S102中，例如係將H.264/AVC所採用之一維6分接濾波器、或DCT基底內插濾波器的一維8分接/12分接濾波器等編碼器所具備之固定內插濾波器作為事前定義內插濾波器，並使用該內插濾波器而導出圖框整體的動作向量(MV)。在此，並不限定於固定內插濾波器，亦可採用在前圖框等所算出之適應內插濾波器。
接著，於步驟S103中，使用於步驟S102所得到之動 作向量，而算出編碼對象圖框之適應內插濾波器的係數值。於本步驟之內插濾波器的係數算出係使用一般所習知之預測誤差能量最小化方法(線性回歸)。
接著，於步驟S104中，進行適用內插濾波器之內插對象畫素的分群。具體而言，係依據預先決定之表格(table)，並因應內插位置而將內插對象畫素分為複數個群組。並且，亦可藉由任意方法而能動地決定內插位置群組。在能動地決定內插位置群組之情形，必須對內插位置群組資訊進行編碼，並傳送至解碼側。
接著，於步驟S105中，係按每個於步驟S104中所分出之內插位置群組而產生加權濾波器係數。從表格中讀入並設定加權參數，並依據各加權參數以下述式(6)所示之方式而產生加權內插濾波器係數α×fA(x)+β×fB(x) (6)
其中，α及β係加權參數(α+β=1)，fA(x)係事前定義之內插濾波器係數，fB(x)係於該圖框所求得之內插濾波器係數。x係顯示係數編號，且取0≦x<n之範圍(n顯示分接長)。在此，雖設想為二種類之濾波器係數的加權濾波器係數，惟在m(>2)種類之內插濾波器之情形亦能以同樣的形式表現。
接著，於步驟S106中，係按每個於步驟S104中所決定之群組而使用於步驟S105中所產生之加權濾波器係數，而決定實際適用於編碼之內插濾波器。例如，設定預測誤差能量作為評估基準(成本(cost)函數)，而產生 原畫像及使用依據於步驟S105所選擇之加權參數而來之內插濾波器之預測畫像，並算出使該平方誤差和最小化之加權參數。加權參數係以每0.1或每0.01之方式變更α之值，而算出實現最低成本值之α。
接著，於步驟S107中，使用於步驟S106中所決定之加權濾波器係數所決定之內插濾波器而進行內插處理。
接著，於步驟S108中，對在步驟S106中所算出之加權參數進行編碼。接著，於步驟S109中，對在步驟S103中所算出之內插濾波器係數等內插濾波器資訊進行編碼。在傳送內插位置群組資訊時，係在步驟S109進行編碼。接著，於步驟S110中，對殘留之應編碼之資訊，例如對預測誤差信號(紋路成分資訊)及動作向量等全部進行編碼。
接著，於步驟S111中，係進行編碼圖框是否到達最終圖框之判定。若處理圖框並非最終圖框，則為了處理下一個圖框而回到步驟S101。若處理圖框為最終圖框則結束編碼處理。
另外，本實施形態所述之以內插位置群組單位使內插濾波器的加權參數最佳化而實施編碼處理之功能，係不僅於亮度信號，亦可同樣地適用於色差信號。
[影像解碼裝置的構成例]
第5圖係顯示屬於本發明之一實施形態之影像解碼裝置的構成例圖。
於影像解碼裝置20中，可變長解碼部21係輸入經過編碼之位元訊流，並進行量子化變換係數、動作向量、加 權參數、內插濾波器係數等之解碼。再者，在內插位置群組資訊經過編碼之情形，可變長解碼部21係對於內插位置群組資訊亦進行解碼。
加權濾波器係數產生部22係依據可變長解碼部21所解碼之加權參數、內插濾波器係數而產生加權濾波器係數。內插濾波器係數判定部23係使用加權濾波器係數產生部22所產生之加權濾波器係數，而決定用於分群出之各內插位置之內插濾波器係數。
預測信號產生部24之參照畫像內插部241，係對於儲存於參照畫像記憶體26之已解碼參照畫像適用依據從內插濾波器係數判定部23接收之內插濾波器係數而來之內插濾波器，而進行參照畫像的小數精密度畫素的復原。預測信號產生部24係依據進行過小數精密度畫素的復原之參照畫像，而產生解碼對象區塊的預測信號。
預測解碼部25係進行由可變長解碼部所解碼之量子化係數的逆量子化、逆正交變換等，且將藉由該處理所算出之預測誤差信號加上預測信號產生部24所產生之預測信號而產生解碼畫像，並輸出作為輸出畫像。再者，預測解碼部25所解碼之解碼畫像係為了之後之預測解碼而儲存於參照畫像記憶體26。此時，亦可在施行解塊濾波器及ALF(Adaptive Loop Filter)等為了去除編碼雜訊之內嵌式迴路濾波器之後，再予以儲存。
[解碼的處理流程]
第6圖係第5圖所示之影像解碼裝置的處理流程圖。 以下，依據第6圖說明影像解碼裝置對於一枚圖框進行解碼時之處理流程。於以下，若無特別聲明，係假設為在亮度信號下之處理。
於步驟S201中，係取得圖框標頭(frame header)(或分層標頭(slice header))的資訊。接著，於步驟S202中，對加權參數進行解碼並儲存該資訊。接著，於步驟S203中，對內插濾波器係數的資訊進行解碼。在對內插位置群組資訊進行了編碼時，亦對於內插位置群組資訊進行解碼。接著，於步驟S204中，係對解碼所需要之其他資訊(例如動作向量及預測誤差信號等)全部進行解碼。
接著，於步驟S205中，係依據於步驟S202所解碼之加權參數及於步驟S203所解碼之內插濾波器係數而產生各內插位置群組的內插所需要之加權濾波器係數。
接著，於步驟S206中，係使用於步驟S204所解碼之動作向量及於步驟S205所得到之加權濾波器係數，而實施內插處理並產生預測信號。
接著，於步驟S207中，將於步驟S204所解碼之預測誤差信號及於步驟S206所求得之預測信號予以合成，而復原解碼信號。
接著，於步驟S208中，係進行是否對於應解碼圖框皆進行過解碼之判定，且在未全部進行過解碼時，回到步驟S201切換至下一個圖框之解碼，而在皆進行過解碼時則結束解碼處理。
以上，雖進行在亮度信號下之說明，惟本流程亦可同 樣地適用於色差信號。
[使用軟體程式(software program)之情形的構成例]
以上之影像編碼、解碼處理係亦可藉由電腦(computer)及軟體程式予以實現，且可將該程式記錄於電腦可讀取之記錄媒體，亦可透過網路(network)進行提供。
第7圖係顯示使用電腦及軟體程式實施本發明之實施形態之情形時之系統(system)的構成例。
本系統係構成為以匯流排(bus)連接有：執行程式之CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)50；儲存有CPU50所存取之程式及資料(data)之RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等記憶體51；記憶編碼對象的影像信號或解碼畫像的影像信號之影像信號記憶部52；儲存有用以使CPU50執行本發明之實施形態所說明的處理之程式之程式記憶裝置53；以及記憶編碼結果之位元訊流或解碼對象的位元訊流之編碼訊流記憶部54。
程式記憶裝置53係儲存有用以使用本發明之實施形態對影像信號進行編碼之影像編碼程式531、或用以使用本發明之實施形態對編碼位元訊流進行解碼之影像解碼程式532之任一者。程式記憶裝置53可儲存該等程式之兩者。
再者，在將本系統用作為影像編碼裝置之情形時，影像編碼程式531係載入(load)於記憶體51，CPU50係逐次擷取(fetch)並執行載入於記憶體51之影像編碼程式531的命令，而將儲存於影像信號記憶部52之影像信號以 本發明之實施形態所說明之手法進行編碼，並將編碼結果之位元訊流儲存於編碼訊流記憶部54。再者，亦可藉由網路轉接器(adaptor)等介面(interface)而將位元訊流輸出至外部裝置。
再者，在將本系統用作為影像解碼裝置時，影像解碼程式532係載入於記憶體51，CPU50係逐次擷取並執行載入於記憶體51之影像解碼程式532的命令，而將儲存於編碼訊流記憶部54之位元訊流以本發明之實施形態所說明之手法進行解碼，並將解碼結果之影像信號儲存於影像信號記憶部52。再者，亦將解碼結果之影像信號輸出至外部的播放裝置。
以上雖參照圖式說明了本發明之實施形態，惟該等實施形態係僅為本發明之例示，本發明並非被該等實施形態所限定者係自明之理。因此，在不脫離本發明的要旨之範圍內，係可進行構成要素之追加、省略、置換、及其他變更。亦即，本發明並非由上述所說明所限定者，而僅由後述之申請專利範圍所限定。
(產業上之可利用性)
本發明係可利用於例如使用動作補償畫面間預測之影像編碼及影像解碼。依據本發明，係增加內插濾波器的選擇範圍餘裕，並可達成由於預測誤差能量的減低所帶來之編碼效率之改善。
10‧‧‧影像編碼裝置
11‧‧‧內插濾波器係數算出部
12、12’、23‧‧‧內插濾波器係數判定部
121‧‧‧內插濾波器資訊取得部
122‧‧‧加權參數指定部
123、22‧‧‧加權濾波器係數產生部
124‧‧‧MSE算出部
125‧‧‧最小MSE記憶部
126‧‧‧內插對象位置分群部
13、24‧‧‧預測信號產生部
131、241‧‧‧參照畫像內插部
132‧‧‧動作檢測部
14‧‧‧預測編碼部
15‧‧‧可變長編碼部
16‧‧‧解碼部
17、26‧‧‧參照畫像記憶體
20‧‧‧影像解碼裝置
21‧‧‧可變長解碼部
25‧‧‧預測解碼部
50‧‧‧CPU
51‧‧‧記憶體
52‧‧‧影像信號記憶部
53‧‧‧程式記憶裝置
531‧‧‧影像編碼程式
532‧‧‧影像解碼程式
54‧‧‧編碼訊流記憶部
S101至S111‧‧‧步驟
S201至S208‧‧‧步驟
第1圖係為顯示屬於本發明一實施形態之影像編碼裝 置的構成例圖。
第2圖係為顯示內插濾波器係數判定部的構成例1之圖。
第3圖係為顯示內插濾波器係數判定部的構成例2之圖。
第4圖係為屬於本發明之一實施形態之編碼處理之流程圖。
第5圖係為顯示屬於本發明之一實施形態之影像解碼裝置的構成例圖。
第6圖係為屬於本發明一實施形態之解碼處理之流程圖。
第7圖係為顯示使用電腦及軟體程式實施本發明的實施形態之情形時的系統構成例圖。
第8圖係為顯示影像編碼標準方式(H.264/AVC)的小數精密度的畫素內插方法之圖。
第9圖係為顯示DCT基底內插濾波器(DCT-IF)的小數精密度之畫素內插方法之圖。
第10A圖係為顯示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精密度之畫素內插方法之圖。
第10B圖係為顯示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精密度之畫素內插方法之圖。
第10C圖係為顯示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精密度之畫素內插方法之圖。
S101至S111‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種影像編碼方法，係使用小數精密度之動作補償者，係包括：使用依據複數個內插濾波器集合而指定內插濾波器係數的加權值之加權參數，而產生複數個加權濾波器係數之步驟；在前述加權濾波器係數中，選擇將前述小數精密度的動作補償之預測誤差能量予以最小化之加權濾波器係數之步驟；藉由適用以前述所選擇之加權濾波器係數所得之內插濾波器，而進行相對於參照畫像之小數精密度畫素之內插，並藉由前述小數精密度之動作補償對輸入畫像進行編碼之步驟；以及將用於前述所選擇之加權濾波器係數的產生之加權參數及前述內插濾波器係數進行編碼，並將經過編碼之加權參數及經過編碼之內插濾波器係數加入編碼位元訊流之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像編碼方法，其中，係按每個由預先決定之方法所算出之小數精密度畫素的內插位置群組，或按每個所指定之小數精密度畫素的內插位置群組而進行前述加權濾波器係數之選擇；將前述以加權濾波器係數所得之內插濾波器按每個前述小數精密度畫素的內插位置群組而予以切換。
  3. 一種使用小數精密度之動作補償之影像編碼裝置，係包 括：加權濾波器係數產生部，係使用依據複數個內插濾波器集合而指定內插濾波器係數的加權值之加權參數，而產生複數個加權濾波器係數；加權濾波器係數選擇部，係在前述加權濾波器係數中，選擇將前述小數精密度的動作補償之預測誤差能量予以最小化之加權濾波器係數；第一編碼部，係藉由適用以前述所選擇之加權濾波器係數所得之內插濾波器，而進行相對於參照畫像之小數精密度畫素之內插，並藉由前述小數精密度之動作補償對輸入畫像進行編碼；以及第二編碼部，係將用於前述所選擇之加權濾波器係數的產生之加權參數及前述內插濾波器係數進行編碼，並將經過編碼之加權參數及經過編碼之內插濾波器係數加入編碼位元訊流。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之影像編碼裝置，其中，係按每個由預先決定之方法所算出之小數精密度畫素的內插位置群組，或按每個所指定之小數精密度畫素的內插位置群組而進行前述加權濾波器係數之選擇；將前述以加權濾波器係數所得之內插濾波器按每個前述小數精密度畫素的內插位置群組而予以切換。
  5. 一種影像解碼方法，係使用小數精密度之動作補償者，係包括：對用以產生小數精密度畫素之內插濾波器係數、 及指定前述內插濾波器的加權值之加權參數進行解碼之步驟；產生藉由使用所解碼之加權參數而解碼之內插濾波器係數的加權和而決定之加權濾波器係數之步驟；使用由所產生之加權濾波器係數所決定之內插濾波器而產生預測信號之步驟；對殘差信號進行解碼之步驟；以及使用解碼之殘差信號及所產生之預測信號而產生解碼畫像之步驟。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之影像解碼方法，其中，用以產生前述小數精密度畫素之內插濾波器係數、及用以指定前述內插濾波器係數的加權值之加權參數之解碼，係按每個由編碼側所指定之內插位置群組或預定的內插位置群組而予以進行；且將由前述加權濾波器係數所決定之內插濾波器，按每個前述內插位置群組而予以切換。
  7. 一種影像解碼裝置，係使用小數精密度之動作補償者，係包括：第一解碼部，係對用以產生小數精密度畫素之內插濾波器係數、及指定前述內插濾波器的加權值之加權參數進行解碼；加權濾波器係數產生部，係產生藉由使用所解碼之加權參數而解碼之內插濾波器係數的加權和而決定之加權濾波器係數； 預測信號產生部，係使用由所產生之加權濾波器係數所決定之內插濾波器而產生預測信號；第二解碼部，係對殘差信號進行解碼；以及解碼畫像產生部，係使用解碼之殘差信號及所產生之預測信號而產生解碼畫像。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像解碼裝置，其中，用以產生前述小數精密度畫素之內插濾波器係數、及用以指定前述內插濾波器係數的加權值之加權參數之解碼，係按每個由編碼側所指定之內插位置群組或預定的內插位置群組而予以進行；將由前述加權濾波器係數所決定之內插濾波器，按每個前述內插位置群組而予以切換。
  9. 一種影像編碼程式，係用以使電腦執行申請專利範圍第1項或第2項所述之影像編碼方法。
  10. 一種影像解碼程式，係用以使電腦執行申請專利範圍第5項或第6項所述之影像解碼方法。
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