WO2012117900A1 - 符号化装置 - Google Patents

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安井基晃
岡本彰
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株式会社メガチップス
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    • H04N19/61—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding

Definitions

  • the present invention relates to an encoding device, and more particularly to an encoding device that performs intra-frame predictive encoding on moving image data.
  • Patent Document 1 discloses a technique for calculating a predicted generated code amount based on a difference value (SAD or SATD) between an input image and a predicted image.
  • Patent Document 2 discloses a technique for detecting an edge in an input image using a filter circuit and switching a prediction mode based on the detection result.
  • edge detection is performed on an input image instead of a differential image that is directly encoded. Therefore, since an edge detected in the input image may not appear in the difference image, or an edge that has not been detected in the input image may appear in the difference image, a situation in which the switching of the prediction mode is not appropriate may occur.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and compared with a case where a circuit for calculating a prediction generated code amount and a circuit for detecting an edge are individually mounted, the circuit scale and the processing.
  • An object is to obtain an encoding device capable of reducing the number of cycles.
  • Another object of the present invention is to provide an encoding device capable of appropriately performing prediction mode switching as compared with a case where the prediction mode is switched based on a detection result of an edge for an input image.
  • the encoding apparatus calculates a first difference value between an input image and a predicted image for each of a plurality of blocks having a first block size included in a macroblock to be encoded. And calculating a second difference value between the input image and the predicted image for each of a plurality of blocks having a second block size larger than the first block size included in the macroblock.
  • a determining unit that determines a prediction mode to be applied to the macroblock based on the value.
  • the determination unit includes the plurality of first difference values calculated by the first calculation unit and the plurality of second differences calculated by the second calculation unit.
  • the prediction mode to be applied to the macroblock is determined based on the value.
  • the difference value between the input image and the predicted image is an index used to calculate the predicted generated code amount. Therefore, the circuit size and the number of processing cycles can be reduced by using this difference value not only for calculating the prediction generated code amount but also for determining the prediction mode.
  • the encoding device is the encoding device according to the first aspect, in particular, the determination unit includes a sum of the plurality of first difference values and the plurality of second difference values.
  • the presence / absence of an edge in the macroblock is determined based on the sum of the values, and when it is determined that there is an edge, the prediction mode to be applied to the macroblock is predicted in block units of the first block size.
  • the prediction mode to be applied to the macroblock is determined as the second prediction mode for performing prediction in block units of the second block size. It is characterized by.
  • the determination unit determines the presence or absence of an edge based on the difference value between the input image and the predicted image. Therefore, the circuit scale and the number of processing cycles can be reduced as compared with the case where the circuit for calculating the prediction generated code amount and the circuit for detecting the edge are individually mounted.
  • the encoding device is the encoding device according to the second aspect, in particular, the determination unit determines the plurality of first difference values from the sum of the plurality of second difference values. When the value obtained by subtracting the sum of the values is larger than the first threshold value, it is determined that there is an edge in the macroblock.
  • the determination unit when the value obtained by subtracting the sum of the plurality of first difference values from the sum of the plurality of second difference values is larger than the first threshold value, It is determined that there is an edge in the macroblock.
  • the first difference value calculated using a block having a small block size is significantly more than the second difference value calculated using a block having a large block size. There is a tendency to become smaller. Therefore, by determining that there is an edge when the value obtained by subtracting the sum of the first difference values from the sum of the second difference values is larger than the first threshold, it is possible to determine the presence or absence of the edges with high accuracy. It becomes possible.
  • the first threshold value is set to a different value depending on the complexity of the image or the target code amount. It is characterized by this.
  • the first threshold value is set to a different value according to the complexity of the image or the target code amount.
  • the first prediction mode is applied when the complexity of the image is high, the generated code amount is likely to increase.
  • the second prediction mode is easily selected by setting the first threshold value large. be able to.
  • the first prediction mode is set by setting the first threshold value small. Can be easily selected.
  • the second prediction mode since the generated code amount is likely to increase when the first prediction mode is applied, the second prediction mode may be easily selected by setting the first threshold value large when the target code amount is small. it can. Further, since the image quality can be improved by applying the first prediction mode, the first prediction mode can be easily selected by setting the first threshold value small when the target code amount is large.
  • the determination unit further includes a sum total of the plurality of first difference values as a second threshold value. If it is less than the threshold, it is determined that there is an edge in the macroblock.
  • the determining unit determines that there is an edge in the macroblock when the sum of the plurality of first difference values is less than the second threshold value.
  • the first difference value and the second difference value both increase even if there is no edge in the macroblock.
  • the value obtained by subtracting the sum of the difference values tends to increase. Therefore, when the total sum of the first difference values is equal to or greater than the second threshold value, it is erroneously determined that there is an edge by simply considering it as a region having a high image complexity and excluding it from the determination target of the presence or absence of an edge. Can be avoided.
  • the second threshold value is set to a different value depending on the complexity of the image or the target code amount. It is characterized by this.
  • the second threshold value is set to a different value according to the complexity of the image or the target code amount. If the first prediction mode is applied when the complexity of the image is high, the amount of generated code is likely to increase. In this case, the second prediction mode is easily selected by setting the second threshold value small. be able to. In addition, when the first prediction mode is applied when the complexity of the image is low, the generated code amount is unlikely to increase. In this case, the first prediction mode is set by setting the second threshold value large. Can be easily selected. Further, since the generated code amount is likely to increase when the first prediction mode is applied, the second prediction mode may be easily selected by setting the second threshold value small when the target code amount is small. it can. Further, since the image quality can be improved by applying the first prediction mode, the first prediction mode can be easily selected by setting the second threshold value large when the target code amount is large.
  • the encoding apparatus is the encoding apparatus according to any one of the first to sixth aspects, in particular, the first difference value and the second difference value are SATD ( Sum of Absolute Transformed Differences).
  • the first difference value and the second difference value are SATD. Since the frequency component differs greatly between the edge and the other parts, the presence or absence of the edge is accurately determined by using the SATD including the frequency component as compared with the case of using SAD (Sum of Absolute Differences) not including the frequency component. It becomes possible to judge.
  • An encoding apparatus includes an image generation unit that generates a difference image between an input image and a prediction image for a macroblock to be encoded, and a difference image generated by the image generation unit. And a determining unit that determines a prediction mode to be applied to the macroblock based on the presence or absence of an edge.
  • the image creation unit creates a difference image between the input image and the predicted image
  • the determination unit determines whether there is an edge in the difference image created by the image creation unit. Based on this, a prediction mode to be applied to the macroblock is determined. In this way, by determining the presence or absence of an edge for a differential image to be encoded instead of an input image, as compared with the case of switching the prediction mode based on the detection result of the edge for the input image, It is possible to appropriately switch the prediction mode.
  • the circuit scale and the number of processing cycles can be reduced, and the prediction mode can be switched appropriately.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a simplified overall configuration of an encoding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the encoding device 1 includes a subtracter 2, an orthogonal transform unit 3, a quantization unit 4, an encoding unit 5, an inverse quantization unit 6, an inverse orthogonal transform unit 7, and an adder 8.
  • the encoding apparatus 1 receives input image data D1.
  • the encoding device 1 outputs encoded data D2.
  • Local decoded image data D3 is input from the frame memory 9 to the intra prediction processing unit 10 and the inter prediction processing unit 11.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of the intra prediction processing unit 10.
  • the intra prediction processing unit 10 includes a difference image creation unit 21 and a prediction mode determination unit 22.
  • the difference image creation unit 21 includes a first prediction unit 31, a subtracter 32, a first calculation unit 33, a first determination unit 34, a second prediction unit 35, a subtracter 36, 2 calculating part 37 and the 2nd determination part 38 are comprised.
  • intra 4 ⁇ 4 prediction mode (hereinafter referred to as “first prediction mode”), intra 8 ⁇ 8 prediction mode (hereinafter referred to as “second prediction mode”), and intra 16 ⁇ 16 prediction are used as the intra prediction modes.
  • Three prediction modes of modes (hereinafter referred to as “third prediction mode”) are defined.
  • first prediction mode prediction and orthogonal transformation are performed in units of blocks each having a block size of 4 vertical pixels ⁇ 4 horizontal pixels.
  • second prediction mode prediction and orthogonal transformation are performed in units of blocks each having a block size of 8 vertical pixels ⁇ 8 horizontal pixels.
  • prediction is performed in units of macroblocks having a block size of 16 vertical pixels ⁇ 16 horizontal pixels
  • orthogonal transformation is performed in units of blocks having a block size of 4 vertical pixels ⁇ 4 horizontal pixels.
  • the third prediction mode is not used, and the prediction mode applied to the encoding target macroblock is set to one of the first prediction mode and the second prediction mode.
  • the prediction mode is set for each macroblock. Referring to FIG. 2, a first prediction unit 31, a subtractor 32, a first calculation unit 33, and a first determination unit 34 correspond to the first prediction mode, and a second prediction unit 35, a subtracter 36, a second The calculation unit 37 and the second determination unit 38 correspond to the second prediction mode.
  • FIG. 3 is a diagram showing one macro block divided into 16 blocks each having a block size of 4 vertical pixels ⁇ 4 horizontal pixels.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating one macroblock divided into four blocks each having a block size of 8 pixels vertically ⁇ 8 pixels horizontally.
  • the thick line in the figure indicates the edge included in the macroblock, and the arrow in the figure indicates the optimum prediction direction for each block.
  • the first prediction unit 31 creates nine-direction predicted images for each of the 16 blocks included in the encoding target macroblock.
  • the subtracter 32 creates a difference image between the input image and the nine-direction predicted image for each of the 16 blocks. As a result, nine difference images are obtained for each block.
  • the difference image is input to the first calculation unit 33.
  • the first calculation unit 33 calculates SATD (Sum of Absolute Transformed Differences) regarding each difference image based on the following equation (1). As a result, nine SATDs are obtained for each block.
  • SATD is obtained by Hadamard transforming a difference image and taking the sum of absolute values of the coefficients. Note that, as a difference value between the input image and the predicted image, SAD (Sum of Absolute Differences) or the like may be used instead of SATD.
  • the SATD is input to the first determination unit 34.
  • the first determination unit 34 calculates a predicted generated code amount from each SATD based on the following equation (2).
  • the offset value ⁇ is a value that depends on the quantization parameter, and corresponds to a code amount other than the pixel code amount (for example, the prediction direction code amount). Thereby, the prediction generated code amount in each of the nine directions is obtained for each block.
  • the first determination unit 34 selects the smallest predicted generated code amount from the nine predicted generated code amounts for each block, and sets the prediction direction corresponding to the minimum generated code amount to the optimum for the block. Specify as the prediction direction.
  • the first determination unit 34 performs the same processing on each of the 16 blocks in the macroblock, thereby inputting the optimum prediction direction of each block and the corresponding SATD to the prediction mode determination unit 22.
  • the second prediction unit 35 creates nine-direction predicted images for each of the four blocks included in the macroblock to be encoded.
  • the subtractor 36 creates a difference image between the input image and the nine-direction predicted image for each of the four blocks. As a result, nine difference images are obtained for each block.
  • the difference image is input to the second calculation unit 37.
  • the second calculation unit 37 calculates the SATD for each difference image based on the following equation (3). As a result, nine SATDs are obtained for each block.
  • the second determination unit 38 calculates a predicted generated code amount from each SATD based on the above equation (2). Thereby, the prediction generated code amount in each of the nine directions is obtained for each block.
  • the second determination unit 38 selects the minimum prediction generation code amount from the nine prediction generation code amounts for each block, and sets the prediction direction corresponding to the minimum generation code amount to the optimum for the block. Specify as the prediction direction.
  • the second determination unit 38 performs the same processing on each of the four blocks in the macroblock, thereby inputting the optimal prediction direction of each block and the corresponding SATD to the prediction mode determination unit 22.
  • the prediction mode determination unit 22 performs encoding based on the 16 sets of optimal prediction directions and SATD input from the first determination unit 34 and the 4 sets of optimal prediction directions and SATD input from the second determination unit 38.
  • a prediction mode (first prediction mode or second prediction mode) to be applied to the target macroblock is determined. Specifically, it is as follows.
  • the prediction mode determination unit 22 calculates a total sum MB_SATD 1 of 16 SATDs input from the first determination unit 34 based on the following equation (4).
  • the prediction mode determination unit 22 calculates the total MB_SATD 2 of the four SATDs input from the second determination unit 38 based on the following equation (5).
  • Equation (4) and Equation (5) Since the number of addition terms in Equation (4) and Equation (5) is 16 and 4, respectively, these operations can be implemented with a relatively small circuit.
  • the prediction mode determination unit 22 determines the presence or absence of an edge in the macroblock based on the following formulas (6) and (7).
  • the prediction mode determination unit 22 determines that there is an edge in the macroblock to be encoded. On the other hand, when at least one of the expressions (6) and (7) is not satisfied, the prediction mode determination unit 22 determines that there is no edge in the macroblock to be encoded.
  • the first threshold TH_EDGE and the second threshold TH_FINE are set to appropriate values through experiments, simulations, or the like.
  • prediction mode determination unit 22 may determine the presence or absence of an edge based on the following equations (8) and (9) instead of the above equations (6) and (7).
  • the prediction mode determination unit 22 determines that there is an edge in the encoding target macroblock. On the other hand, when at least one condition of Expression (8) and Expression (9) is not satisfied, the prediction mode determination unit 22 determines that there is no edge in the macroblock to be encoded.
  • the offset values ⁇ and ⁇ and the third threshold value TH_FLAT are set to appropriate values through experiments, simulations, and the like.
  • the prediction mode determination unit 22 determines the prediction mode to be applied to the encoding target macroblock as the first prediction mode, and when it is determined that there is no edge, The prediction mode applied to the encoding target macroblock is determined as the second prediction mode. And the prediction mode determination part 22 outputs the determined prediction mode and the optimal prediction direction regarding each block.
  • the first threshold TH_EDGE and the second threshold TH_FINE may be set to different values depending on the complexity of the image or the target code amount.
  • the first prediction mode is applied when the complexity of the image is high, the amount of generated code is likely to increase.
  • the second prediction mode can be easily selected by setting the first threshold value TH_EDGE large. Can do.
  • the first prediction mode is selected by setting the first threshold TH_EDGE small. Can be made easier.
  • the second prediction mode can be easily selected by setting the first threshold value TH_EDGE large when the target code amount is small. Moreover, since the image quality can be improved by applying the first prediction mode, the first prediction mode can be easily selected by setting the first threshold TH_EDGE small when the target code amount is large.
  • the prediction mode determination unit 22 determines the presence or absence of an edge based on the difference value between the input image and the prediction image. Therefore, the circuit scale and the number of processing cycles can be reduced as compared with the case where the circuit for calculating the prediction generated code amount and the circuit for detecting the edge are individually mounted.
  • the optimum prediction direction is set to a fine block size as compared with a case using a block having a large block size (FIG. 4). This is because it can be set in units. Therefore, by determining that there is an edge when the condition shown in Expression (6) is satisfied, it is possible to determine the presence or absence of an edge with high accuracy.
  • the difference value is SATD. Since the frequency component is significantly different between the edge and the other parts, it is possible to accurately determine the presence or absence of the edge by using the SATD including the frequency component as compared with the case of using the SAD not including the frequency component. Become.
  • the difference image creation unit 21 creates a difference image between the input image and the prediction image
  • the prediction mode determination unit 22 creates the difference image creation unit 21.
  • a prediction mode to be applied to the macroblock is determined based on the presence or absence of an edge in the difference image. In this way, the presence / absence of an edge is determined for a differential image that is directly encoded instead of the input image, so that the prediction mode is switched based on the detection result of the edge for the input image. Thus, the prediction mode can be switched appropriately.

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Abstract

　回路規模及び処理サイクル数を削減することが可能な符号化装置を得る。符号化装置（１）は、符号化対象のマクロブロックに含まれる第１のブロックサイズの複数のブロックの各々に関して、入力画像と予測画像との第１の差分値を算出する第１演算部（３３）と、マクロブロックに含まれる、第１のブロックサイズより大きい第２のブロックサイズの複数のブロックの各々に関して、入力画像と予測画像との第２の差分値を算出する第２演算部（３７）と、第１演算部（３３）によって算出されたマクロブロックに関する複数の第１の差分値と、第２演算部（３７）によって算出されたマクロブロックに関する複数の第２の差分値とに基づいて、マクロブロックに適用する予測モードを決定する予測モード決定部（２２）と、を備える。

Description

符号化装置
　本発明は、符号化装置に関し、特に、動画像の画像データに対してフレーム内予測符号化を行う符号化装置に関する。
　例えば下記特許文献１には、入力画像と予測画像との差分値（ＳＡＤ又はＳＡＴＤ）に基づいて、予測発生符号量を算出する技術が開示されている。
　また、例えば下記特許文献２には、フィルタ回路を用いて入力画像内のエッジを検出し、その検出結果に基づいて予測モードを切り換える技術が開示されている。
特開２００８－１２４６９９号公報 特開２００８－２１９２０５号公報
　上記特許文献１及び上記特許文献２に開示された技術を組み合わせて、予測発生符号量の算出とエッジの検出とを同一装置内で実現しようとした場合には、予測発生符号量を算出するための回路とエッジを検出するための回路とを個別に実装する必要があるため、回路規模及び処理サイクル数が増大する。
　また、上記特許文献２に開示された技術では、直接に符号化される差分画像ではなく入力画像を対象としてエッジの検出が行われる。従って、入力画像で検出されたエッジが差分画像に現れない場合や、入力画像で検出されなかったエッジが差分画像に現れる場合があるため、予測モードの切り換えが適切でない状況が生じ得る。
　本発明は、かかる事情に鑑みて成されたものであり、予測発生符号量を算出するための回路とエッジを検出するための回路とを個別に実装する場合と比較して、回路規模及び処理サイクル数を削減することが可能な符号化装置を得ることを目的とする。また、本発明は、入力画像を対象としたエッジの検出結果に基づいて予測モードを切り換える場合と比較して、予測モードの切り換えを適切に実行することが可能な符号化装置を得ることを目的とする。
　本発明の第１の態様に係る符号化装置は、符号化対象のマクロブロックに含まれる第１のブロックサイズの複数のブロックの各々に関して、入力画像と予測画像との第１の差分値を算出する第１の算出部と、前記マクロブロックに含まれる、第１のブロックサイズより大きい第２のブロックサイズの複数のブロックの各々に関して、入力画像と予測画像との第２の差分値を算出する第２の算出部と、前記第１の算出部によって算出された前記マクロブロックに関する複数の第１の差分値と、前記第２の算出部によって算出された前記マクロブロックに関する複数の第２の差分値とに基づいて、前記マクロブロックに適用する予測モードを決定する決定部と、を備えることを特徴とするものである。
　第１の態様に係る符号化装置によれば、決定部は、第１の算出部によって算出された複数の第１の差分値と、第２の算出部によって算出された複数の第２の差分値とに基づいて、マクロブロックに適用する予測モードを決定する。入力画像と予測画像との差分値は、予測発生符号量を算出するために使用される指標である。従って、この差分値を予測発生符号量の算出のみならず予測モードの決定にも使用することにより、回路規模及び処理サイクル数を削減することが可能となる。
　本発明の第２の態様に係る符号化装置は、第１の態様に係る符号化装置において特に、前記決定部は、前記複数の第１の差分値の総和と前記複数の第２の差分値の総和とに基づいて前記マクロブロック内におけるエッジの有無を判定し、エッジが有ると判定した場合には、前記マクロブロックに適用する予測モードを、第１のブロックサイズのブロック単位で予測を行う第１の予測モードに決定し、エッジが無いと判定した場合には、前記マクロブロックに適用する予測モードを、第２のブロックサイズのブロック単位で予測を行う第２の予測モードに決定することを特徴とするものである。
　第２の態様に係る符号化装置によれば、決定部は、入力画像と予測画像との差分値に基づいてエッジの有無を判定する。従って、予測発生符号量を算出するための回路とエッジを検出するための回路とを個別に実装する場合と比較して、回路規模及び処理サイクル数を削減することが可能となる。
　本発明の第３の態様に係る符号化装置は、第２の態様に係る符号化装置において特に、前記決定部は、前記複数の第２の差分値の総和から前記複数の第１の差分値の総和を減じた値が第１の閾値より大きい場合に、前記マクロブロック内にエッジが有ると判定することを特徴とするものである。
　第３の態様に係る符号化装置によれば、決定部は、複数の第２の差分値の総和から複数の第１の差分値の総和を減じた値が第１の閾値より大きい場合に、マクロブロック内にエッジが有ると判定する。マクロブロック内にエッジが含まれる場合には、小さいブロックサイズのブロックを用いて算出された第１の差分値が、大きいブロックサイズのブロックを用いて算出された第２の差分値よりも顕著に小さくなる傾向がある。従って、第２の差分値の総和から第１の差分値の総和を減じた値が第１の閾値より大きい場合にエッジが有ると判定することにより、エッジの有無を高精度に判定することが可能となる。
　本発明の第４の態様に係る符号化装置は、第３の態様に係る符号化装置において特に、前記第１の閾値は、画像の複雑度又は目標符号量に応じて異なる値に設定されることを特徴とするものである。
　第４の態様に係る符号化装置によれば、第１の閾値は、画像の複雑度又は目標符号量に応じて異なる値に設定される。画像の複雑度が高い場合に第１の予測モードを適用すると発生符号量が増大しやすいため、この場合には第１の閾値を大きく設定することにより、第２の予測モードが選択されやすくすることができる。また、画像の複雑度が低い場合に第１の予測モードを適用しても発生符号量は増大しにくいため、この場合には第１の閾値を小さく設定することにより、第１の予測モードが選択されやすくすることができる。また、第１の予測モードを適用すると発生符号量が増大しやすいため、目標符号量が小さい場合には第１の閾値を大きく設定することにより、第２の予測モードが選択されやすくすることができる。また、第１の予測モードを適用すると画質を向上できるため、目標符号量が大きい場合には第１の閾値を小さく設定することにより、第１の予測モードが選択されやすくすることができる。
　本発明の第５の態様に係る符号化装置は、第３又は第４の態様に係る符号化装置において特に、前記決定部はさらに、前記複数の第１の差分値の総和が第２の閾値未満である場合に、前記マクロブロック内にエッジが有ると判定することを特徴とするものである。
　第５の態様に係る符号化装置によれば、決定部は、複数の第１の差分値の総和が第２の閾値未満である場合に、マクロブロック内にエッジが有ると判定する。画像の複雑度が高い場合には、たとえそのマクロブロック内にエッジが無くても、第１の差分値及び第２の差分値はいずれも大きくなるため、第２の差分値の総和から第１の差分値の総和を減じた値が大きくなりやすい傾向にある。従って、第１の差分値の総和が第２の閾値以上である場合には、単に画像の複雑度が高い領域とみなしてエッジ有無の判定対象から除外することにより、誤ってエッジ有りと判定される事態を回避することができる。
　本発明の第６の態様に係る符号化装置は、第５の態様に係る符号化装置において特に、前記第２の閾値は、画像の複雑度又は目標符号量に応じて異なる値に設定されることを特徴とするものである。
　第６の態様に係る符号化装置によれば、第２の閾値は、画像の複雑度又は目標符号量に応じて異なる値に設定される。画像の複雑度が高い場合に第１の予測モードを適用すると発生符号量が増大しやすいため、この場合には第２の閾値を小さく設定することにより、第２の予測モードが選択されやすくすることができる。また、画像の複雑度が低い場合に第１の予測モードを適用しても発生符号量は増大しにくいため、この場合には第２の閾値を大きく設定することにより、第１の予測モードが選択されやすくすることができる。また、第１の予測モードを適用すると発生符号量が増大しやすいため、目標符号量が小さい場合には第２の閾値を小さく設定することにより、第２の予測モードが選択されやすくすることができる。また、第１の予測モードを適用すると画質を向上できるため、目標符号量が大きい場合には第２の閾値を大きく設定することにより、第１の予測モードが選択されやすくすることができる。
　本発明の第７の態様に係る符号化装置は、第１～第６のいずれか一つの態様に係る符号化装置において特に、前記第１の差分値及び前記第２の差分値は、ＳＡＴＤ（Sum of Absolute Transformed Differences）であることを特徴とするものである。
　第７の態様に係る符号化装置によれば、第１の差分値及び前記第２の差分値は、ＳＡＴＤである。エッジとそれ以外の部分とでは周波数成分が大きく異なるため、周波数成分を含むＳＡＴＤを用いることにより、周波数成分を含まないＳＡＤ（Sum of Absolute Differences）を用いる場合と比較すると、エッジの有無を正確に判定することが可能となる。
　本発明の第８の態様に係る符号化装置は、符号化対象のマクロブロックに関して、入力画像と予測画像との差分画像を作成する画像作成部と、前記画像作成部によって作成された差分画像内におけるエッジの有無に基づいて、前記マクロブロックに適用する予測モードを決定する決定部と、を備えることを特徴とするものである。
　第８の態様に係る符号化装置によれば、画像作成部は、入力画像と予測画像との差分画像を作成し、決定部は、画像作成部によって作成された差分画像内におけるエッジの有無に基づいて、マクロブロックに適用する予測モードを決定する。このように、入力画像ではなく、符号化される差分画像を対象としてエッジの有無を判定することにより、入力画像を対象としたエッジの検出結果に基づいて予測モードを切り換える場合と比較して、予測モードの切り換えを適切に実行することが可能となる。
　本発明によれば、回路規模及び処理サイクル数を削減できるとともに、予測モードの切り換えを適切に実行することが可能となる。
　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
本発明の実施の形態に係る符号化装置の全体構成を簡略化して示すブロック図である。 イントラ予測処理部の構成を示すブロック図である。 縦４画素×横４画素のブロックサイズの１６個のブロックに分割された１個のマクロブロックを示す図である。 縦８画素×横８画素のブロックサイズの４個のブロックに分割された１個のマクロブロックを示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、異なる図面において同一の符号を付した要素は、同一又は相応する要素を示すものとする。
　図１は、本発明の実施の形態に係る符号化装置１の全体構成を簡略化して示すブロック図である。図１の接続関係で示すように、符号化装置１は、減算器２、直交変換部３、量子化部４、符号化部５、逆量子化部６、逆直交変換部７、加算器８、フレームメモリ９、イントラ予測処理部１０、インター予測処理部１１、スイッチ１２、及び動き検出部１３を備えて構成されている。符号化装置１には、入力画像のデータＤ１が入力される。符号化装置１からは、符号化されたデータＤ２が出力される。イントラ予測処理部１０及びインター予測処理部１１には、ローカルデコード画像のデータＤ３がフレームメモリ９から入力される。
　図２は、イントラ予測処理部１０の構成を示すブロック図である。イントラ予測処理部１０は、差分画像作成部２１及び予測モード決定部２２を備えて構成されている。図２の接続関係で示すように、差分画像作成部２１は、第１予測部３１、減算器３２、第１演算部３３、第１判定部３４、第２予測部３５、減算器３６、第２演算部３７、及び第２判定部３８を有して構成されている。
　Ｈ．２６４では、イントラ予測モードとして、イントラ４×４予測モード（以下「第１予測モード」と称す）、イントラ８×８予測モード（以下「第２予測モード」と称す）、及びイントラ１６×１６予測モード（以下「第３予測モード」と称す）の３つの予測モードが規定されている。第１予測モードでは、縦４画素×横４画素のブロックサイズのブロック単位で、予測及び直交変換が行われる。第２予測モードでは、縦８画素×横８画素のブロックサイズのブロック単位で、予測及び直交変換が行われる。第３予測モードでは、縦１６画素×横１６画素のブロックサイズのマクロブロック単位で予測が行われ、縦４画素×横４画素のブロックサイズのブロック単位で直交変換が行われる。
　また、Ｈ．２６４では、第１予測モード及び第２予測モードに関しては、９方向の予測方向がそれぞれ規定されており、第３予測モードに関しては、４方向の予測方向が規定されている。本実施の形態に係る符号化装置１では、第３予測モードは使用せず、符号化対象のマクロブロックに適用する予測モードを、第１予測モード及び第２予測モードのいずれかに設定する。予測モードはマクロブロック単位で設定される。図２を参照して、第１予測部３１、減算器３２、第１演算部３３、及び第１判定部３４は第１予測モードに対応し、第２予測部３５、減算器３６、第２演算部３７、及び第２判定部３８は第２予測モードに対応する。
　図３は、縦４画素×横４画素のブロックサイズの１６個のブロックに分割された１個のマクロブロックを示す図である。また、図４は、縦８画素×横８画素のブロックサイズの４個のブロックに分割された１個のマクロブロックを示す図である。図中の太線はマクロブロック内に含まれるエッジを示しており、図中の矢印は各ブロックに関する最適予測方向を示している。
　図２を参照して、第１予測部３１は、符号化対象のマクロブロックに含まれる１６個のブロックの各々に関して、９方向の予測画像をそれぞれ作成する。減算器３２は、１６個のブロックの各々に関して、入力画像と９方向の予測画像との差分画像をそれぞれ作成する。これにより、各ブロックに関して９個の差分画像が得られる。差分画像は第１演算部３３に入力される。第１演算部３３は、下記式（１）に基づいて、各差分画像に関するＳＡＴＤ（Sum of Absolute Transformed Differences）を算出する。これにより、各ブロックに関して９個のＳＡＴＤが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
　式（１）に示すように、ＳＡＴＤは、差分画像をアダマール変換し、その係数の絶対値和をとったものである。なお、入力画像と予測画像との差分値としては、ＳＡＴＤの代わりにＳＡＤ（Sum of Absolute Differences）等を用いてもよい。
　ＳＡＴＤは第１判定部３４に入力される。第１判定部３４は、下記式（２）に基づいて、各ＳＡＴＤから予測発生符号量を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　オフセット値λは、量子化パラメータに依存する値であり、画素符号量以外の符号量（例えば予測方向符号量）に対応する。これにより、各ブロックに関して９方向それぞれの予測発生符号量が得られる。
　次に、第１判定部３４は、各ブロックに関する９個の予測発生符号量の中から最小の予測発生符号量を選択し、その最小の発生符号量に対応する予測方向を、そのブロックに関する最適予測方向として特定する。第１判定部３４は、同様の処理をマクロブロック内の１６個のブロックに対してそれぞれ行うことにより、各ブロックの最適予測方向とそれに対応するＳＡＴＤとを予測モード決定部２２に入力する。
　上記と同様に第２予測部３５は、符号化対象のマクロブロックに含まれる４個のブロックの各々に関して、９方向の予測画像をそれぞれ作成する。減算器３６は、４個のブロックの各々に関して、入力画像と９方向の予測画像との差分画像をそれぞれ作成する。これにより、各ブロックに関して９個の差分画像が得られる。差分画像は第２演算部３７に入力される。第２演算部３７は、下記式（３）に基づいて、各差分画像に関するＳＡＴＤを算出する。これにより、各ブロックに関して９個のＳＡＴＤが得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ＳＡＴＤは第２判定部３８に入力される。第２判定部３８は、上記式（２）に基づいて、各ＳＡＴＤから予測発生符号量を算出する。これにより、各ブロックに関して９方向それぞれの予測発生符号量が得られる。
　次に、第２判定部３８は、各ブロックに関する９個の予測発生符号量の中から最小の予測発生符号量を選択し、その最小の発生符号量に対応する予測方向を、そのブロックに関する最適予測方向として特定する。第２判定部３８は、同様の処理をマクロブロック内の４個のブロックに対してそれぞれ行うことにより、各ブロックの最適予測方向とそれに対応するＳＡＴＤとを予測モード決定部２２に入力する。
　予測モード決定部２２は、第１判定部３４から入力された１６組の最適予測方向及びＳＡＴＤと、第２判定部３８から入力された４組の最適予測方向及びＳＡＴＤとに基づいて、符号化対象のマクロブロックに適用する予測モード（第１予測モード又は第２予測モード）を決定する。具体的には以下の通りである。
　予測モード決定部２２は、下記式（４）に基づいて、第１判定部３４から入力された１６個のＳＡＴＤの総和MB_SATD１を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　また、予測モード決定部２２は、下記式（５）に基づいて、第２判定部３８から入力された４個のＳＡＴＤの総和MB_SATD２を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　式（４）及び式（５）の加算項数はそれぞれ１６個及び４個であるため、これらの演算は比較的小規模な回路で実装することができる。
　次に、予測モード決定部２２は、下記式（６）及び式（７）に基づいて、マクロブロック内におけるエッジの有無を判定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　式（６）及び式（７）の条件をともに満たす場合には、予測モード決定部２２は、符号化対象のマクロブロック内にエッジが有ると判定する。一方、式（６）及び式（７）の少なくとも一方の条件を満たさない場合には、予測モード決定部２２は、符号化対象のマクロブロック内にエッジが無いと判定する。なお、第１の閾値TH_EDGE及び第２の閾値TH_FINEは、実験やシミュレーション等によって適切な値に設定される。
　なお、予測モード決定部２２は、上記式（６）及び式（７）に代えて、下記式（８）及び式（９）に基づいてエッジの有無を判定してもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　式（８）及び式（９）の条件をともに満たす場合には、予測モード決定部２２は、符号化対象のマクロブロック内にエッジが有ると判定する。一方、式（８）及び式（９）の少なくとも一方の条件を満たさない場合には、予測モード決定部２２は、符号化対象のマクロブロック内にエッジが無いと判定する。なお、オフセット値α，β及び第３の閾値TH_FLATは、実験やシミュレーション等によって適切な値に設定される。
　次に、予測モード決定部２２は、エッジが有ると判定した場合には、符号化対象のマクロブロックに適用する予測モードを第１予測モードに決定し、エッジが無いと判定した場合には、符号化対象のマクロブロックに適用する予測モードを第２予測モードに決定する。そして、予測モード決定部２２は、決定した予測モードと、各ブロックに関する最適予測方向とを出力する。
　なお、上記式（６）及び式（７）に関して、第１の閾値TH_EDGE及び第２の閾値TH_FINEは、画像の複雑度又は目標符号量等に応じて異なる値に設定してもよい。画像の複雑度が高い場合に第１予測モードを適用すると発生符号量が増大しやすいため、この場合には第１の閾値TH_EDGEを大きく設定することにより、第２予測モードが選択されやすくすることができる。また、画像の複雑度が低い場合に第１予測モードを適用しても発生符号量は増大しにくいため、この場合には第１の閾値TH_EDGEを小さく設定することにより、第１予測モードが選択されやすくすることができる。また、第１予測モードを適用すると発生符号量が増大しやすいため、目標符号量が小さい場合には第１の閾値TH_EDGEを大きく設定することにより、第２予測モードが選択されやすくすることができる。また、第１予測モードを適用すると画質を向上できるため、目標符号量が大きい場合には第１の閾値TH_EDGEを小さく設定することにより、第１予測モードが選択されやすくすることができる。
　このように本実施の形態に係る符号化装置１によれば、予測モード決定部２２は、第１演算部３３によって算出された複数の差分値と、第２演算部３７によって算出された複数の差分値とに基づいて、マクロブロックに適用する予測モードを決定する。入力画像と予測画像との差分値は、予測発生符号量を算出するために使用される指標である。従って、この差分値を予測発生符号量の算出のみならず予測モードの決定にも使用することにより、回路規模及び処理サイクル数を削減することが可能となる。
　また、本実施の形態に係る符号化装置１によれば、予測モード決定部２２は、入力画像と予測画像との差分値に基づいてエッジの有無を判定する。従って、予測発生符号量を算出するための回路とエッジを検出するための回路とを個別に実装する場合と比較して、回路規模及び処理サイクル数を削減することが可能となる。
　また、本実施の形態に係る符号化装置１によれば、予測モード決定部２２は、式（６）に示した通り、MB_SATD２からMB_SATD１を減じた値が第１の閾値TH_EDGEより大きい場合に、マクロブロック内にエッジが有ると判定する。マクロブロック内にエッジが含まれる場合には、小さいブロックサイズ（縦４画素×横４画素）のブロックを用いて算出された差分値が、大きいブロックサイズ（縦８画素×横８画素）のブロックを用いて算出された差分値よりも顕著に小さくなる傾向がある。図３，４に示すように、小さいブロックサイズのブロックを用いた場合（図３）には、大きいブロックサイズのブロックを用いた場合（図４）と比較して、最適予測方向を細かいブロックサイズ単位で設定できるからである。従って、式（６）に示した条件を満たす場合にエッジが有ると判定することにより、エッジの有無を高精度に判定することが可能となる。
　また、本実施の形態に係る符号化装置１によれば、予測モード決定部２２は、式（７）に示した通り、MB_SATD１が第２の閾値TH_FINE未満である場合に、マクロブロック内にエッジが有ると判定する。画像の複雑度が高い場合には、たとえそのマクロブロック内にエッジが無くても差分値は大きくなるため、MB_SATD２からMB_SATD１を減じた値が大きくなりやすい傾向にある。従って、MB_SATD１が第２の第２の閾値TH_FINE以上である場合には、単に画像の複雑度が高い領域とみなしてエッジ有無の判定対象から除外することにより、誤ってエッジ有りと判定される事態を回避することができる。
　また、本実施の形態に係る符号化装置１によれば、差分値はＳＡＴＤである。エッジとそれ以外の部分とでは周波数成分が大きく異なるため、周波数成分を含むＳＡＴＤを用いることにより、周波数成分を含まないＳＡＤを用いる場合と比較すると、エッジの有無を正確に判定することが可能となる。
　また、本実施の形態に係る符号化装置１によれば、差分画像作成部２１は、入力画像と予測画像との差分画像を作成し、予測モード決定部２２は、差分画像作成部２１によって作成された差分画像内におけるエッジの有無に基づいて、マクロブロックに適用する予測モードを決定する。このように、入力画像ではなく、直接に符号化される差分画像を対象としてエッジの有無を判定することにより、入力画像を対象としたエッジの検出結果に基づいて予測モードを切り換える場合と比較して、予測モードの切り換えを適切に実行することが可能となる。
　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示的であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１　符号化装置
　１０　イントラ予測処理部
　２１　差分画像作成部
　２２　予測モード決定部
　３１　第１予測部
　３３　第１演算部
　３４　第１判定部
　３５　第２予測部
　３７　第２演算部
　３８　第２判定部

Claims (8)

  1. 　符号化対象のマクロブロックに含まれる第１のブロックサイズの複数のブロックの各々に関して、入力画像と予測画像との第１の差分値を算出する第１の算出部と、
    　前記マクロブロックに含まれる、第１のブロックサイズより大きい第２のブロックサイズの複数のブロックの各々に関して、入力画像と予測画像との第２の差分値を算出する第２の算出部と、
    　前記第１の算出部によって算出された前記マクロブロックに関する複数の第１の差分値と、前記第２の算出部によって算出された前記マクロブロックに関する複数の第２の差分値とに基づいて、前記マクロブロックに適用する予測モードを決定する決定部と、
    を備える、符号化装置。
  2. 　前記決定部は、前記複数の第１の差分値の総和と前記複数の第２の差分値の総和とに基づいて前記マクロブロック内におけるエッジの有無を判定し、エッジが有ると判定した場合には、前記マクロブロックに適用する予測モードを、第１のブロックサイズのブロック単位で予測を行う第１の予測モードに決定し、エッジが無いと判定した場合には、前記マクロブロックに適用する予測モードを、第２のブロックサイズのブロック単位で予測を行う第２の予測モードに決定する、請求項１に記載の符号化装置。
  3. 　前記決定部は、前記複数の第２の差分値の総和から前記複数の第１の差分値の総和を減じた値が第１の閾値より大きい場合に、前記マクロブロック内にエッジが有ると判定する、請求項２に記載の符号化装置。
  4. 　前記第１の閾値は、画像の複雑度又は目標符号量に応じて異なる値に設定される、請求項３に記載の符号化装置。
  5. 　前記決定部はさらに、前記複数の第１の差分値の総和が第２の閾値未満である場合に、前記マクロブロック内にエッジが有ると判定する、請求項３又は４に記載の符号化装置。
  6. 　前記第２の閾値は、画像の複雑度又は目標符号量に応じて異なる値に設定される、請求項５に記載の符号化装置。
  7. 　前記第１の差分値及び前記第２の差分値は、ＳＡＴＤ（Sum of Absolute Transformed Differences）である、請求項１～６のいずれか一つに記載の符号化装置。
  8. 　符号化対象のマクロブロックに関して、入力画像と予測画像との差分画像を作成する画像作成部と、
    　前記画像作成部によって作成された差分画像内におけるエッジの有無に基づいて、前記マクロブロックに適用する予測モードを決定する決定部と、
    を備える、符号化装置。
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