TWI502966B - 影像編碼方法、裝置、影像解碼方法、裝置及電腦程式 - Google Patents

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Description

影像編碼方法、裝置、影像解碼方法、裝置及電腦程式
本發明係有關於達成影像編碼之內插濾波器(interpolation filter)的性能改善，且改善編碼效率之相關技術。
本申請案係根據2011年6月27日向日本提出之特願2011-141724號而主張其優先權，此處係援用其內容。
在影像編碼當中，於不同的畫面之間實施預測之畫面間預測(動作補償motion compensation)編碼，其係參考已解碼之訊框(frame)而求得將預測誤差能量(energy)作成最小狀態之動作向量(motion vector)，並使該預測誤差信號(亦稱為殘差信號)進行正交變換。此後，實施量子化(quantization)，並經由平均信息量(entropy)編碼而最後形成二進位資料(binary data)，亦即形成位元訊流(bit stream)。為了提高編碼效率，則預測誤差能量的減低為不可或缺，以求得高預測精度之預測方式。
影像編碼標準方式係導入多數之用以提高畫面間預測的精度之工具(tool)。例如，在H.264/AVC中，於最近的訊框存在有閉塞(occlusion)時，由於時間上參考稍有距離之訊框者可減低預測誤差能量，故設為能參考複數的訊框。將本工具稱為複數參考訊框預測。
此外，為了亦能對應於複雜形狀的動作，除了16×16、以及8×8之外，如16×8、8×16、8×4、4×8、4×4，亦可細 微予以分割區塊尺寸(size)。將本工具稱為可變區塊尺寸預測。
與此等同樣地，經由參考訊框的整數精度畫素使用6分支點(tap)的濾波器而內插1/2精度的畫素，進而利用該畫素以線性內插方式而產生1/4精度的畫素。據此，即能對小數精度的動作達成預測。將本工具稱為1/4畫素精度預測。
對於較H.264/AVC更高編碼效率之次世代影像編碼標準方式的策定，由國際標準化組織ISO/IEC“MPEG”(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission“Moving Picture Experts Group”)、以及ITU-T“VCEG”(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization on Sector“Video Coding Experts Group”)共同設立檢討團隊(Joint Collaborative Te am for Video Coding：JCT-VC)。次世代標準方式係被稱為高能率影像編碼方式(High Efficiency Coding：HEVC)，目前由世界各國收集各種新規格編碼技術，並於JCT-VC會議予以審議。
其中，特別是以畫面間預測(動作補償)之相關提案占多數，HEVC用參考軟體(HEVC test Model：HM，HEVC測試模式)係採用改善動作向量的預測效率之工具、以及將區塊尺寸擴張成16×16以上之工具。
此外，亦提案提高小數精度畫素的內插精度之工具， 經由DCT(Discrete Cosine Transform，離散餘弦變換)係數的基底而導出內插濾波器係數之DCT基底內插濾波器(DCT-based Interpolation Filter：DCT-IF)之功效高，而被採用於HM。進而為了提高內插精度，亦提案以訊框單位而適應性地改變內插濾波器係數之內插濾波器，稱為適應內插濾波器(Adaptive Interpolation Filter：AIF)。適應內插濾波器之編碼效率改善之功效高，亦被採用於由VCEG主導所作成之次世代影像編碼取向參考軟體(Key Technical Area：KTA，關鍵技術領域)。由於能有助於編碼效率之提升，故內插濾波器之性能改善為非常被期待之領域。
進而更詳細說明有關於習知之內插濾波器。
〔固定的內插〕
第10圖係表示H.264/AVC之小數精度的畫素內插方法之圖示。在H.264/AVC當中，如第10圖所示之1/2畫素位置的內插時，其係使用成為對象的內插畫素之左右各3點計6整數畫素而進行內插。關於垂直方向係使用上下各3點計6整數畫素而進行內插。內插係數係分別成為[(1,-5,20,20,-5,1)/32]。在進行1/2畫素位置的內插之後，1/4畫素位置係使用[1/2,1/2]的平均值濾波器而進行內插。由於有必要一次將全部的1/2畫素位置內插而求得，故雖計算複雜度高，惟能進行性能高之內插，而帶來編碼效率提升。以上之固定濾波器的內插之技術係揭示於非專利文獻1等。
如H.264/AVC之1次元6分支點濾波器，係數值為對全部輸入畫像和全部訊框使用相同之值的濾波器係稱為固定內插濾波器(Fixed Interpolation Filter)。
就進而改善H.264/AVC所採用之內插濾波器之性能之方式而言，HEVC用參考軟體HM係採用DCT基底內插濾波器(DCT-IF)。將該DCT基底內插濾波器之小數精度的畫素內插方法表示於第11圖。如第11圖所示，將小數精度位置之內插對象畫素作成p，將整數位置畫素作成px ，將表示p的位置之整數位置畫素間參數(parameter)作成α(0≦α≦1)。此時，將內插所使用之整數位置的畫素數，亦即將分支點長度作成2M(M為1以上之整數值)。根據DCT變換之定義式而成立式(1)。
此外，根據反DCT變換之定義式而成立式(2)。
藉由將x視為位置，小數位置α之畫素內插式係形成以下之式(3)。
[數學式3]
根據式(3)，若內插所使用之分支點長度2M和內插對象位置α為固定，即可直接地導出係數。將以上之議論所取得之內插濾波器的事例予以歸納於表1和表2。關於以上之詳細內容係揭示於非專利文獻2。
由於該DCT基底內插濾波器係能對應於任意的濾波器長度和內插精度，且為性能高之內插濾波器，故被採用於HEVC用測試模式HM。
[適應的內插]
H.264/AVC係和輸入畫像條件(程序(sequence)種類/畫像尺寸/訊框比率(frame rate))或編碼條件(區塊尺寸/GOP(Group of Pictures，圖片群)構造/QP(Quantization Parameter，量子化參數)無關，其濾波器係數值為固定。濾波器係數值為固定時，則例如混淆(aliasing)、量子化誤差、動作推定之誤差、攝影機雜訊(noise)之時間上變化的功效則不予考量。因此，被認為編 碼效率之觀點上其性能提升有界限。因此，適應的改變內插濾波器係數之方式係被提案於非專利文獻3，稱為非分離型的適應內插濾波器。
非專利文獻3係考慮2次元的內插濾波器(6×6之計36濾波器係數)，以能將預測誤差能量作成最小狀態之方式而決定濾波器係數。雖能實現較使用H.264/AVC所用的1次元6分支點的固定內插濾波器更高之編碼效率，但，由於求得濾波器係數上之計算複雜度非常高，故為了減低該計算複雜度之提案係於非專利文獻4中予以介紹。
非專利文獻4所介紹的方法係稱為分離型適應內插濾波器(SAIF：Separable Adaptive Interpolation Filter)，並非使用2次元的內插濾波器，而使用1次元的6分支點內插濾波器。
第12a圖至第12c圖係表示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精度的畫素內插方法之圖示。其順序為如第12b圖之步驟(step)1所示，首先，進行水平方向的畫素(a,b,c)之內插。濾波器係數的決定係使用整數精度畫素C1至C6。將式(4)的預測誤差能量函數Eh 2 作成最小狀態之水平方向濾波器係數，一般係藉由眾知的最小平方法(參考非專利文獻3)而作解析性地決定。
此處，S為原畫像，P為已解碼參考畫像，x和y係分 別表示畫像中的水平和垂直方向的位置。此外，~x(~係附加於x之上的記號；另外的亦相同)係~x=x+MVx -FilterOffset，MVx 係表示事前所取得之動作向量的水平成分，FilterOffset係表示調整用之補償(offset)(將水平方向濾波器長度除以2之值)。至於垂直方向係成為~y=y+MVy ，MVy 係表示動作向量的垂直成分。wci 係表示應求得之水平方向濾波器係數群ci (0≦ci <6)。
求得和式(4)所求得之濾波器係數相同數目的一次方程式，最小化處理係於各水平方向之小數畫素位置而獨立實施。經由該最小化處理而求得3種類之6分支點濾波器係數群，並使用該濾波器係數群而進行小數精度畫素a,b,c的內插。
結束水平方向的畫素內插之後，如第12c圖之步驟2，實施垂直方向的內插處理。藉由解決和水平方向相同的線性問題而決定垂直方向的濾波器係數。具體而言，將式(5)的預測誤差能量函數Ev 2 作成最小狀態之垂直方向濾波器係數係解析性地予以決定。
此處，S為原畫像，^P(^係附加於P之上的記號)為解碼之後於水平方向進行內插處理之畫像，x和y係分別表示畫像中的水平和垂直方向的位置。此外，以~x=4．(x +MVx )予以表現，MVx 係表示經過概算動作向量的水平成分。至於垂直方向係以~y=y+MVy -FilterOffset予以表現，MVy 係表示動作向量的垂直成分，FilterOffset係表示調整用之補償(將濾波器長度除以2之值)。wcj 係表示應求得之垂直方向濾波器係數群cj (0≦cj <6)。
最小化處理係於各小數精度畫素而獨立實施，求得12種類之6分支點濾波器係數。使用該濾波器係數而進行殘留的小數精度畫素之內插。
如上述，必須將合計90(=6×5)之濾波器係數予以編碼而傳送於解碼側。特別是有關於低解析度的編碼，由於該管理負擔(over head)變大，故使用濾波器的對稱性而削減應傳送之濾波器係數。例如第12a圖中，b,h,i,j,k的位置在關於內插方向係自各整數精度畫素觀察而位於中心，如為水平方向，將左3點所使用之係數予以反轉而能適用於右3點。同樣地，如為垂直方向，將上3點所使用之係數予以反轉而能適用於下3點(c1 =c6 ，c2 =c5 ，c3 =c4 )。
另外之d和1的關係由於為夾住h而形成對稱，故濾波器係數亦分別可反轉而利用。亦即，若傳送d的6係數，則亦可將該值適用於1。形成c(d)1 =c(1)6 ，c(d)2 =c(1)5 ，c(d)3 =c(1)4 ，c(d)4 =c(1)3 ，c(d)5 =c(1)2 ，c(d)6 =c(1)1 。e和m，f和n，g和o亦可利用該對稱性。至於a和c雖亦成立相同的理論，但水平方向對垂直方向的內插亦將影響其結果，故不使用對稱性，a和c係分別進行傳送。利用以上之對稱性的結果，於各訊框應傳送之濾波器係數即 成為51(水平方向為15，垂直方向為36)。
以上，非專利文獻4的適應內插濾波器，其預測誤差能量的最小化處理之單位係以訊框而予以固定。對1個之訊框係決定為51的濾波器係數。假設將編碼對象訊框區分為大的2種類(或複數種類之)紋路(texture)區域A、B時，則最佳之濾波器係數成為考量該兩者(全部的紋路)之係數群。A之區域係出現原本僅垂直方向之特徵的濾波器係數，且B之區域能取得僅水平方向的濾波器係數之狀況，其係以將該雙方予以平均化之形態而導出濾波器係數。
每1個訊框並不限定於1個濾波器係數群(51係數)，因應於畫像的局部性的性質而進行區域分割，於分割之各區域產生內插濾波器係數，達成預測誤差能量的減低，並實現編碼效率的改善之方法係於非專利文獻5被提案。
此外，以非專利文獻4的適應內插濾波器的性能改善為目的，於各內插位置進行編組(grouping)，而能減低預測誤差能量，以該群組單位進行固定內插濾波器和適應內插濾波器之選擇而產生內插畫像之技術被提案(參考非專利文獻6)。
(先前技術文獻) (專利文獻)
專利文獻：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”，印記，pp. 119-123, 2009
[非專利文獻2]：Ken McCann, Woo-Jin Han, Il-Koo Kim, Jung-Hye Min, Elena Alshina, Alexander Alshin, 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]：T. Vatis, B. Edler, D. T. Nguyen, J. Ostermann：“Motion-and aliasing-compensated prediction using a two-dimensional non-separable adaptive Wiener interpolation filter”, Proc. ICIP2005, IEEE International Conference 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 Matsuo, 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 Adaptive Interpolation Filtering Technique”, JCTVC-E284, 5th JCT-VC Meeting, Geneva, Mar. 2011
記載於非專利文獻4或非專利文獻5之內插濾波器，並未具備於各內插位置轉換內插濾波器的功能，而在動作補償的性能提升方面有改善的餘地。
記載於非專利文獻6之具有內插位置適應性之內插濾波器，其係判斷使用事前於各內插位置所定義之固定內插濾波器、或使用以訊框單位而導出之適應內插濾波器。濾波器選擇係由預測誤差能量最小化的觀點而作選擇，且為必須選擇其中之任意一項的方式。
因應於內插位置，由複數的內插濾波器作適應性的選擇，藉此而提升編碼效率時，係認為內插位置的設定會對編碼效率改善性能帶來影響。記載於非專利文獻6的方法係假定1/4畫素精度位置為止的內插，因應於內插對象畫素的位置而區分為4群組，並以該群組單位將內插濾波器予以切換。該群組的設定在編碼處理中形成固定方式，且未必考量因應於輸入畫像之適應性。若能因應於輸入畫像的性質而變更群組的設定，則更能減低預測誤差能量，並可實現編碼效率的改善。
本發明之目的為提供達成上述課題的解決，相較於習 知技術而更能減低動作補償畫面間預測之預測誤差能量，且能改善編碼效率之新方式。
就用以達成上述目的之方法而言，其係根據動作向量所指之內插位置的比例愈高，其內插濾波器所提供之性能改善比例則愈高之假定，算出動作向量的參考機率，並根據該統計資訊而實施內插濾波器切換用之群組區分。藉由使用本手段，即可因應於輸入畫像的性質而增加內插位置適應性，而實現預測誤差能量的減低，亦即編碼效率的改善。
如上述，本發明最具特徵之處在於求得動作向量所指示之小數畫素位置的參考機率，並根據參考機率而將進行內插位置的編組，於各內插位置的群組選出成為最佳內插濾波器的濾波器係數，且於各內插位置的群組將內插濾波器予以轉換。內插位置群組資訊和內插濾波器係數資訊係以訊框單位或分層(slice)等之區域單位進行編碼，並傳送於解碼裝置。內插濾波器係數資訊的編碼係只要在各內插位置群組為使用何種內插濾波器係數為能由解碼裝置側予以辨識的資訊即可。例如，亦可將複數組的內插濾波器係數之設定(set)和表示於各內插位置群組使用何種內插濾波器之內插濾波器指標(index)作為編碼的對象。
解碼裝置係根據將編碼位元訊流進行解碼而取得之內插位置群組資訊、以及各內插位置所使用之內插濾波器係數，於各內插位置群組轉換內插濾波器係數而產生內插畫 像，並進行小數精度的動作補償之解碼處理。
更詳細而言，影像編碼係例如進行以下之處理。
．以預測區塊單位進行動作探索而取得動作向量。
．算出取得之動作向量所指示之參考處的小數畫素位置的參考機率(機率分布)。
．根據算出之參考機率而將內插位置之小數畫素位置區分成複數的群組。
．於各內插位置的群組，決定內插濾波器而進行內插處理，並產生預測信號。
．將內插位置群組資訊進行編碼，此外，將表示使用何種內插濾波器係數之內插濾波器指標、以及各內插濾波器係數進行編碼。
．將另外的編碼資訊全部進行編碼。
影像解碼係例如進行以下之處理。
．將通常的編碼資訊進行解碼的同時，亦將內插位置群組資訊、內插濾波器指標、以及內插濾波器係數進行解碼。
．根據內插位置群組資訊和內插濾波器指標，確定各內插位置的群組所使用之內插濾波器，進行內插處理而產生預測信號，並產生解碼信號。
本發明的作用如下。具有習知的內插位置適應性之內插濾波器，其作為切換內插濾波器的單位而進行固定之群組設定，於性能改善方面有其界限。另一方面，本發明係因應於動作向量所指示之機率，將切換內插濾波器的畫素 位置予以區分為複數的群組。例如，將動作向量所指示之機率高的位置作為1個之群組，並於該群組使用高精度之內插濾波器。藉由如此之處理，即能更柔軟地設定內插濾波器的切換，且能改善編碼效率。
根據本發明，可將就具有習知的內插位置適應性之內插濾波器而言未能考量之內插濾波器適用位置作成可變式，且於各內插位置能變更內插濾波器的形狀或濾波器長度，且能由參考機率高的部分進行高精度的內插處理。因此，能達成預測誤差能量的減低之編碼效率改善。
以下，使用圖式而說明有關於本發明之一實施形態。
〔影像編碼裝置之構成例〕
第1圖係表示本發明之一實施形態的影像編碼裝置之構成例之圖。
在影像編碼裝置10當中，內插濾波器係數算出部11係算出對預測編碼之參考畫像所使用之小數精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所檢測之動作向量MV而算出小數畫素位置的參考機率，且根據算出的參考機率而指定內插濾波器的重要度，進而根據取得之重要度而指定內插濾波器的形狀、濾波器長度、以及位元深度的資訊。
預測信號產生部13係具備參考畫像內插部131、以及動作檢測部132。參考畫像內插部131係將內插濾波器係 數判定部12所選擇之內插濾波器係數之內插濾波器使用於儲存於參考畫像記憶體17的已解碼之參考畫像。動作檢測部132係對內插後之參考畫像進行動作探索，藉此而算出動作向量。預測信號產生部13係藉由動作檢測部132所算出之小數精度的動作向量之動作補償而產生預測信號。
預測編碼部14係算出輸入影像信號和預測信號的殘差信號，並將其進行正交變換，且藉由變換係數的量子化等而進行預測編碼。此外，解碼部16係將預測編碼的結果進行解碼，且為了後續之預測編碼而將解碼畫像儲存於參考畫像記憶體17。此時，亦可於實施去塊濾波器或ALF(Adaptive Loop Filter，適應迴路濾波器)等之編碼雜訊去除用之嵌入式迴路濾波器之後而予以儲存。
可變長編碼部15係將量子化的變換係數、動作向量進行可變長編碼的同時，亦將內插濾波器係數判定部12的輸出之內插位置群組資訊、內插濾波器指標、以及內插濾波器係數進行可變長編碼，並將此等作為編碼位元訊流而予以輸出。
[內插濾波器係數判定部之構成例1]
第2圖係表示內插濾波器係數判定部之構成例1之圖。內插濾波器係數判定部12-1之內插位置參考機率計算部122、以及內插對象位置編組部123的部分，特別和習知技術有明顯不同。
在內插濾波器係數判定部12-1當中，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 輸出於MSE算出部124。例如，亦可使用H.264/AVC所定義之6分支點的係數、或DCT-IF之8分支點或12分支點的係數。
內插位置參考機率計算部122係使用編碼對象區塊的動作向量(MV)而算出小數畫素位置的參考機率。該內插位置參考機率計算部122係將輸入作為經由動作預測而求得之動作向量，對全部訊框或畫像之一部分的區域，於各內插位置求得動作向量所指示的機率。
第3圖係表示各內插位置的動作向量所指示的參考機率之例之圖。例如，進行內插至1/2畫素精度為止時，則取得如第3圖(A)所示之概率分布。1/n畫素精度亦可同樣地計算。第3圖(B)係表示1/4畫素精度時的機率分布之例。內插位置參考機率計算部122係輸出如第3圖所示之各內插位置的機率分布資訊(以%予以表記的資訊)。
內插對象位置編組部123係輸入內插位置參考概率計算部122所算出之內插位置參考機率資訊，並藉由預定的方法依參考機率高之順序而將內插位置區分為複數的群組。例如，使用1/2畫素精度為止之動作補償時，在去除整數畫素位置的3點之中，將上位1點作為第一群組，將下位2點作為第二群組。第3圖(A)之例時，第一群組係成為{25%}的位置，第二群組係成為{20%,15%}的位置。此外，在1/4畫素精度為止所使用之動作補償之情形時，去除整數畫素位置的15點之中，可將上位3點作為第一群組，將續接之第4至7位作為第二群組，將續接之第8至 11位為止作為第三群組，將殘留之下位4點作為第四群組等。第3圖(B)之例時，區分為第一群組係成為{13%,11%,10%}的位置，第二群組係成為{9%,8%,7%,6%}的位置，第三群組係成為{5%,4%,3%,2%}的位置，第四群組係成為{1%,1%,1%,1%}的位置。內插對象位置編組部123係將如上之內插位置群組資訊予以輸出。
MSE算出部124係以動作預測所求得之動作向量MV、解碼信號(局部的解碼(local decode)畫像)、訊框單位或區域單位等，將編碼中所產生的內插濾波器係數值、由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、以及由內插對象位置編組部123所輸出之內插位置群組資訊作為輸入，且使用根據解碼畫像的整數位置畫素和內插位置群組資訊所判斷之濾波器係數而產生動作向量MV所指示的位置之內插畫像，並計算和原畫像之MSE(Mean Square Error，平均二次方誤差)，亦即計算預測殘差能量。
MSE之計算可使用如下之式子為例。
MSE={(原信號-預測信號)2 之總和}/畫素數
計算出之MSE係輸出於最小MSE記憶部125。
最小MSE記憶部125係將MSE算出部124所取得之MSE輸入，並保存其值。最小MSE記憶部125係將事前保存或預先定義之最小值和輸入之MSE作比較。如以下述之方式：(a)輸入之MSE值小於已保存的最小值時：輸入之MSE值。(b)已保存的最小值小於輸入之MSE值時：已保存的最小值。
判定成為最小之MSE，並進行最小值的保存和更新。此外，最小MSE記憶部125係於保存該最小值時，將實現該MSE值的內插位置群組資訊、以及內插濾波器指標予以保存。
內插濾波器指標係表示內插濾波器的辨識號碼，表示使用如下之中之任意一項：
(a)事前定義之固定內插濾波器。
(b)編碼處理中所取得之適應內插濾波器。
內插濾波器係數判定部12-1係如上述對於內插濾波器相關的內插位置和濾波器係數的取得組合，在各內插位置算出MSE之後，輸出實現最小MSE之組合，亦即，輸出下列的資訊：(1)內插位置群組資訊，(2)內插濾波器指標，(3)內插濾波器係數。
〔內插濾波器係數判定部之構成例2〕
第4圖係表示內插濾波器係數判定部之另外的構成例2之圖。內插濾波器係數判定部12-2和前述之構成例1之內插濾波器係數判定部12-1不同之點如下。亦即，構成例1係對於內插對象位置編組部123所編組之各內插位置的群組，由適應內插濾波器或固定內插濾波器等之複數的內插濾波器之內插濾波器係數之中，藉由MSE算出部124而選出預測誤差能量成為最小之內插濾波器係數。相對於此，構成例2係因應於內插位置群組，由重要度判定部126判定內插位置群組的重要度，並根據判定結果的重要度而 選出作為內插濾波器而使用之內插濾波器係數。
在內插濾波器係數判定部12-2當中，內插濾波器資訊取得部121、內插位置參考機率計算部122、以及內插對象位置編組部123的處理內容和前述之構成例1的情形相同。
重要度判定部126係對各內插位置群組，將動作向量所指示之小數畫素位置的參考機率愈高者作成重要度高者，而重要度愈高，對內插濾波器的形狀、濾波器長度或位元深度則分配成為高精度者。亦即，重要度判定部126係對於重要度愈高者，分配內插濾波器的形狀較大者、或濾波器長度較長者、或位元深度較大者作為該內插位置群組所使用之內插濾波器係數。
構成例2之內插濾波器係數判定部12-2的輸出係表示小數精度的內插位置為所屬於何種群組的內插位置群組資訊、表示使用何種內插濾波器係數之內插濾波器指標、以及內插濾波器係數，此係成為編碼的對象。又，亦可省略內插濾波器指標。
〔內插濾波器係數判定部之構成例3〕
第5圖係表示內插濾波器係數判定部之另外的構成例3之圖。構成例3的內插濾波器係數判定部12-3係形成將前述之構成例1之內插濾波器係數判定部12-1和構成例2之內插濾波器係數判定部12-2予以組合之構成。
在內插濾波器係數判定部12-3當中，內插濾波器資訊取得部121、內插位置參考機率計算部122、以及內插對象位置編組部123的處理內容和前述之構成例1、2的情形相 同。
重要度判定部126係輸入編碼處理中所取得之適應內插濾波器的內插濾波器係數、及內插濾波器資訊取得部121所取得之事前定義之固定內插濾波器的濾波器係數。此外，重要度判定部126係輸入內插對象位置編組部123所求得之內插位置群組資訊。
重要度判定部126係經由此等之輸入，對各內插位置群組，將動作向量所指示之小數畫素位置的參考機率愈高者作成重要度高者，重要度愈高，對內插濾波器的形狀、濾波器長度或位元深度，選出幾個成為高精度之內插濾波器係數。亦即，重要度判定部126係由輸入的內插濾波器係數之中，對於重要度愈高者，選出複數組的內插濾波器的形狀較大者、或濾波器長度較長者、或位元深度較大之內插濾波器係數的設定。
MSE算出部124係將動作預測所求得之動作向量MV、解碼信號(局部的解碼畫像)、以及重要度判定部126所選出的內插濾波器係數予以輸入，且於各內插位置群組，使用解碼畫像的整數位置畫素和內插濾波器係數而產生動作向量MV所指示的位置之內插畫像，並計算和原畫像之MSE(Mean Square Error，平均二次方誤差)。該MSE之計算和構成例1所說明的計算相同。
最小MSE記憶部125係輸入MSE算出部124所取得之MSE，保存該值之中最小者。
內插濾波器係數判定部12-3係如上述對於內插濾波 器相關的內插位置和重要度判定部126所選出的濾波器係數的取得組合，在各內插位置算出MSE之後，輸出實現最小MSE之組合，亦即，輸出表示小數精度的內插位置為所屬於何種群組的內插位置群組資訊、表示使用何種內插濾波器係數之內插濾波器指標、以及內插濾波器係數。
〔編碼之處理流程〕
第6圖係表示第1圖所示的影像編碼裝置之處理流程。根據第6圖而說明影像編碼裝置將1個之訊框進行編碼時的處理流程。以下，如無特別限制，則假定為亮度信號之處理。
首先，在步驟S101當中，輸入編碼處理上所必需之原畫像的訊框。繼而在步驟S102當中，例如將H.264/AVC所採用的1次元6分支點濾波器、或DCT基底內插濾波器的1次元8分支點/12分支點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訊框全部的動作向量(MV)。此處，不限定於固定內插濾波器，亦可採用在之前訊框等所算出之適應內插濾波器的濾波器。
繼而在步驟S103當中，使用步驟S102所取得之動作向量，算出編碼對象訊框之適應內插濾波器的係數值。本步驟之內插濾波器的係數算出係使用一般所眾知的預測誤差能量最小化方法(線性回歸)。
繼而在步驟S104當中，根據步驟S102所求得之動作向量而計算各內插對象位置之參考機率。具體而言係求得 動作向量之指示次數，並根據該次數而計算全部的動作向量之中，各內插對象位置係由哪一個動作向量所參考。
繼而在步驟S105當中，根據步驟S104所求得之參考機率結果而決定內插位置之群組分配。例如，求至1/4畫素精度時，則存在著全部15點之內插對象位置。此時，則進行將上位3位為止分配為群組1，將上位4位至7位為止分配為群組2，將上位8位至11位為止分配為群組3，將其以外分配為群組4之群組分配。
繼而在步驟S106當中，根據步驟S105所求得之編組結果，執行第2圖、第4圖、第5圖所說明之內插濾波器係數判定部12-1至12-3的處理。例如，設定內插位置群組的重要度，並決定使用之內插濾波器。由於群組1的參考機率高，且濾波器的影響大，故設定為高重要度。該情形時，例如使用長的分支點長度之內插濾波器，或將濾波器係數值的量子化位元深度設定為較高，藉此而分配性能高之濾波器。相反地，由於群組4的參考機率低，即使所使用的內插濾波器性能低，其影響亦較少。使用短的分支點長度之內插濾波器，或將量子化位元深度設定為較低。此外，所使用的內插濾波器係數的候補有複數個時，則算出使用內插濾波器係數的各候補時之MSE，並決定預測誤差能量成為最小的內插濾波器係數。
繼而在步驟S107當中，使用步驟S106所決定之內插濾波器係數而進行內插處理。
繼而在步驟S108當中，將步驟S105所求得之內插位 置群組資訊進行編碼。繼而在步驟S109當中，將步驟S103所求得之內插濾波器係數資訊、以及內插濾波器指標等之解碼所必需的資訊進行編碼。
繼而在步驟S110當中，將殘留之應編碼的資訊，例如預測誤差信號(紋路成分資訊)或動作向量等全部進行編碼。
繼而在步驟S111當中，進行編碼訊框是否已到達最後訊框之判定。若處理訊框並非最後訊框時，為了處理續接的訊框，則回到步驟S101。若處理訊框為最後訊框時，則結束編碼處理。
又，根據本實施形態所敘述之動作向量的參考機率而將內插位置的群組予以變更，且將各群組所使用之內插濾波器予以調整而編碼之功能，其係除了亮度信號之外，色差信號亦同樣能適用。
〔影像解碼裝置之構成例〕
第7圖係表示本發明之一實施形態的影像解碼裝置之構成例之圖。
在影像解碼裝置20當中，可變長解碼部21係輸入已編碼之位元訊流，並進行量子化變換係數、動作向量、內插位置群組資訊、內插濾波器指標、內插濾波器係數等之解碼。內插濾波器係數判定部22係根據內插位置群組資訊和內插濾波器指標而決定各內插位置所使用之內插濾波器係數。
預測信號產生部23之參考畫像內插部231係將由內插 濾波器係數判定部22所接收的內插濾波器係數之內插濾波器適用於儲存於參考畫像記憶體25的已解碼參考畫像，且進行參考畫像的小數精度畫素之復原。預測信號產生部23係根據進行過小數精度畫素之復原的參考畫像而產生解碼對象區塊的預測信號。
預測解碼部24係進行由可變長解碼部21所解碼的量子化係數的反量子化、反正交變換等，將由其算出之預測誤差信號和預測信號產生部23所產生的預測信號予以互補而產生解碼畫像，並作為輸出畫像而輸出。此外，預測解碼部24所解碼之解碼畫像係為了後續之預測解碼而儲存於參考畫像記憶體25。此時，亦可於實施去塊濾波器或ALF(Adaptive Loop Filter)等之用以去除編碼雜訊的內嵌式迴路濾波器之後，再予以儲存。
〔解碼之處理流程〕
第8圖係表示第7圖所示之影像解碼裝置的處理之流程圖。以下，根據第8圖而說明影像解碼裝置將1個之訊框進行解碼時的處理流程。以下，如無特別限制，則假定為亮度信號之處理。
在步驟S201當中，取得訊框標頭(乃至分層標頭)。繼而在步驟S202當中，將內插位置群組資訊進行解碼。繼而在步驟S203當中，進行內插濾波器指標、以及內插濾波器係數之解碼。
繼而在步驟S204當中，將解碼所必需之另外的資訊(例如動作向量或預測誤差信號等)全部進行解碼。
繼而在步驟S205當中，根據步驟S202所取得之內插位置群組資訊而進行各內插位置所使用之內插濾波器的判定，並決定適用於各內插位置群組的內插濾波器。
繼而在步驟S206當中，使用步驟S205所求得之內插濾波器而進行內插處理，並產生預測信號。繼而在步驟S207當中，將步驟S204所求得之預測誤差信號和步驟S206所求得之預測信號予以互補而產生解碼信號。
繼而在步驟S208當中，進行應解碼的訊框是否已全部被解碼之判定，若未全部被解碼時，則回到步驟S201而切換至續接的訊框之解碼，若已全部被解碼時，則結束解碼處理。
以上，雖進行亮度信號的說明，但，本流程亦同樣地適用於色差信號。
〔使用軟體程式(software program)時之構成例〕
以上之影像編碼、解碼之處理亦可藉由電腦(computer)和軟體程式而實現，可將該程式記錄於可電腦讀取的記錄媒體，亦可透過網路(network)而提供。
第9圖係表示使用電腦和軟體程式而實施本發明之實施形態時的系統(system)構成例之圖。
本系統係藉由匯流排(bus)而連接下列各裝置而構成：CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)50，其係執行程式；RAM(Random Access Memory，隨機存取記憶體)等之記憶體51，其係儲存CPU 50所存取的程式或資料；影像信號記憶部52，其係記憶編碼對象的影像信號、 或解碼畫像的影像信號；程式記憶裝置53，其係儲存用以使CPU 50執行本發明之實施形態所說明的處理之程式；以及編碼訊流記憶部54，其係記憶編碼結果的位元訊流或解碼對象的位元訊流。
程式記憶裝置53係儲存下列之中之任意一項：影像編碼程式531，其係用以使用本發明之實施形態而將影像信號進行編碼；以及影像解碼程式532，其係用以使用本發明之實施形態而將編碼位元訊流進行解碼。程式記憶裝置53亦可儲存此等之程式的雙方。
此外，本系統作為影像編碼裝置而使用時，影像編碼程式531係被載入(load)於記憶體51，CPU 50係依次取出(fetch)載入於記憶體51之影像編碼程式531的命令而執行，並藉由本發明之實施形態所說明的方法而將儲存於影像信號記憶部52的影像信號進行編碼，且將編碼結果的位元訊流儲存於編碼訊流記憶部54。或者，亦可經由網路連接器(adapter)等之介面(interface)而將位元訊流輸出於外部裝置。
此外，本系統作為影像解碼裝置而使用時，影像解碼程式532係被載入於記憶體51，CPU 50係依次取出載入於記憶體51之影像解碼程式532的命令而執行，並藉由本發明之實施形態所說明的方法而將儲存於編碼訊流記憶部54的位元訊流進行解碼，且將解碼結果的影像信號儲存於影像信號記憶部52。或者，亦可將解碼結果的影像信號輸出於外部的撥放裝置。
以上，雖係參閱圖式而說明本發明之實施形態，但，此等實施形態亦不過為本發明之例示，本發明並不限定於實施形態係極為明顯。因此，在不脫離本發明的要旨之範圍內，亦可進行構成要素的追加、省略、轉換、以及另外的變更。亦即，本發明並不限定於上述之說明，而僅限定於以下所敘述之申請專利範圍的範圍。
(產業上之可利用性)
本發明係例如可利用於使用動作補償畫面間預測之影像編碼、以及影像解碼。根據本發明，即可達成預測誤差能量的減低之編碼效率改善。
10‧‧‧影像編碼裝置
11‧‧‧內插濾波器係數算出部
12、12-1、12-2、12-3、22‧‧‧內插濾波器係數判定部
13、23‧‧‧預測信號產生部
14‧‧‧預測編碼部
15‧‧‧可變長編碼部
16‧‧‧解碼部
17、25‧‧‧參考畫像記憶體
20‧‧‧影像解碼裝置
21‧‧‧可變長解碼部
24‧‧‧預測解碼部
50‧‧‧CPU
51‧‧‧RAM
52‧‧‧影像信號記憶裝置
53‧‧‧程式記憶裝置
54‧‧‧編碼訊流記憶部
121‧‧‧內插濾波器資訊取得部
122‧‧‧內插位置參考機率計算部
123‧‧‧內插對象位置編組部
124‧‧‧MSE算出部
125‧‧‧最小MSE記憶部
126‧‧‧重要度判定部
131、231‧‧‧參考畫像內插部
132‧‧‧動作檢測部
531‧‧‧影像編碼程式
532‧‧‧影像解碼程式
第1圖表示本發明之一實施形態的影像編碼裝置之構成例之圖。
第2圖表示內插濾波器係數判定部之構成例1之圖。
第3圖表示各內插位置的動作向量所指示之參考機率之例之圖示。
第4圖表示內插濾波器係數判定部之構成例2之圖。
第5圖表示內插濾波器係數判定部之構成例3之圖。
第6圖表示本發明之一實施形態的編碼處理之流程圖。
第7圖表示本發明之一實施形態的影像解碼裝置之構成例之圖。
第8圖表示本發明之一實施形態的解碼處理之流程圖。
第9圖表示使用電腦和軟體程式而實施本發明之實施形態時的系統構成例之圖。
第10圖表示影像編碼標準方式(H.264/AVC)之小數精度的畫素內插方法之圖。
第11圖表示DCT基底內插濾波器(DCT-IF)之小數精度的畫素內插方法之圖。
第12A圖表示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精度的畫素內插方法之圖。
第12B圖表示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精度的畫素內插方法之圖。
第12C圖表示分離型適應內插濾波器(SAIF)之小數精度的畫素內插方法之圖。
該代表圖無元件符號及其所代表之意義。

Claims (8)

  1. 一種影像編碼方法，其係使用小數精度的動作補償，係包括：進行動作探索而取得動作向量之步驟；算出已取得之動作向量所指示之小數畫素位置的參考機率之步驟；根據算出之參考機率而將小數畫素位置的內插位置予以區分成複數個群組之步驟；於前述各內插位置的群組，由複數個內插濾波器係數的候補之中選出內插預測畫像的產生所使用的內插濾波器係數之步驟；於前述各內插位置的群組，使用已選出之內插濾波器係數而產生前述內插預測畫像，並依據前述內插預測畫像而實施前述小數精度的動作補償的編碼之步驟；以及將表示前述內插位置的群組區分之資訊、以及表示在各內插位置的群組當中使用何種內插濾波器係數的資訊進行編碼之步驟。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像編碼方法，其中，前述內插濾波器係數的選出係由前述複數個內插濾波器係數的候補之中，選出預測誤差能量最小之內插濾波器係數。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之影像編碼方法，其中， 前述內插濾波器係數的選出係根據前述參考機率，以參考機率愈大則內插位置的群組的重要度愈高而設定重要度，並根據設定的重要度，在重要度愈高時則選出內插濾波器的形狀較大，或濾波器的長度較長，或位元深度較深之內插濾波器係數或其候補。
  4. 一種影像編碼裝置，其係使用小數精度的動作補償，係包括：動作向量取得部，其係進行動作探索而取得動作向量；參考機率算出部，其係算出取得之動作向量所指示之小數畫素位置的參考機率；編組部，其係根據算出之參考機率而將小數畫素位置的內插位置予以區分成複數個群組；內插濾波器係數選出部，其係於前述各內插位置的群組，由複數個內插濾波器係數的候補之中選出內插預測畫像的產生所使用之內插濾波器係數；第1編碼部，其係於前述各內插位置的群組，使用選出之內插濾波器係數而產生前述內插預測畫像，並依據前述內插預測畫像而實施前述小數精度的動作補償之編碼；以及第2編碼部，其係將表示前述內插位置的群組區分之資訊、以及表示在各內插位置的群組當中使用何種內插濾波器係數之資訊進行編碼。
  5. 一種影像解碼方法，其係使用小數精度的動作補償，係 包括：將表示小數畫素位置的內插位置的群組區分之資訊、以及表示在各內插位置的群組當中使用何種內插濾波器係數的資訊進行解碼之步驟；根據前述解碼之資訊，於各內插位置的群組而決定內插預測畫像的產生所使用的內插濾波器係數之步驟；將動作向量、以及預測殘差信號進行解碼之步驟；使用由前述決定之內插濾波器係數所決定之內插濾波器而產生前述內插預測畫像，並產生動作補償的預測信號之步驟；以及使用解碼之預測殘差信號、以及所產生之預測信號而產生解碼畫像之步驟。
  6. 一種影像解碼裝置，其係使用小數精度的動作補償，係包括：第1解碼部，其係將表示小數畫素位置的內插位置的群組區分之資訊、以及表示在各內插位置的群組當中使用何種內插濾波器係數之資訊進行解碼；內插濾波器係數決定部，其係根據前述解碼之資訊，於各內插位置的群組而決定內插預測畫像的產生所使用之內插濾波器係數；第2解碼部，其係將動作向量、以及預測殘差信號進行解碼；預測信號產生部，其係使用由前述決定之內插濾波器係數所決定之內插濾波器而產生前述內插預測畫 像，並產生動作補償之預測信號；以及解碼畫像產生部，其係使用解碼之預測殘差信號、以及所產生之預測信號而產生解碼畫像。
  7. 一種影像編碼程式，其特徵在於：其係使電腦中執行申請專利範圍第1項、第2項或第3項所記載之影像編碼方法。
  8. 一種影像解碼程式，其特徵在於：其係使電腦中執行申請專利範圍第5項所記載之影像解碼方法。
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