WO2013002219A1 - 動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラム - Google Patents

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component
value
motion vector
component value
encoding
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幸浩 坂東
翔平 松尾
誠之 高村
裕尚 如澤
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日本電信電話株式会社
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    • H04N19/91—Entropy coding, e.g. variable length coding [VLC] or arithmetic coding

Definitions

  • the present invention relates to a moving image encoding apparatus, a moving image decoding apparatus, a moving image encoding method, a moving image decoding method, a moving image encoding program, and a moving image decoding program using a moving image encoding technique using motion compensation.
  • FIG. 13 is a block diagram showing a configuration of a moving picture coding apparatus using motion compensation according to the prior art.
  • an encoder 300 based on motion compensation performs encoding based on motion compensation.
  • the motion estimation unit 310 estimates image motion by motion search.
  • the motion vector storage unit 320 stores a motion vector calculated by motion estimation.
  • the motion vector prediction processing unit 330 predicts a motion vector from encoded information for predictive coding of a motion vector.
  • the reference block motion vector extraction processing unit 331 extracts a motion vector of a reference block used for motion vector prediction.
  • the median value calculation processing unit 332 calculates the median value of motion vectors extracted from the reference block.
  • the prediction residual calculation unit 340 calculates a difference between the motion vector and the predicted motion vector (hereinafter referred to as a prediction vector).
  • the code assigning unit 350 assigns a variable length code to the quantized transform coefficient and motion vector prediction residual signal (referred to as a prediction error vector), and outputs a coded stream.
  • the motion estimation unit 310 When the video signal of the encoding target block is input, the motion estimation unit 310 performs a motion search by collating with the decoded signal of the encoded reference image, and calculates a motion vector.
  • the calculated motion vector is input to an encoder 300 based on motion compensation, and the encoder 300 based on motion compensation obtains a residual signal between the video signal and the prediction signal by motion compensation using the motion vector.
  • Encoding processing is performed by orthogonal transformation, quantization, or the like.
  • the quantized value of the processing result is encoded by the code allocation unit 350 and output as an encoded stream.
  • predictive coding is also performed for motion vectors in order to reduce the code amount. For this reason, the motion vector calculated by the motion estimation unit 310 is stored in the motion vector storage unit 320 for later reference.
  • the motion vector prediction processing unit 330 calculates a prediction vector using the encoded motion vector.
  • the reference block motion vector extraction processing unit 331 performs prediction target block (encoding) of the encoding target image (also referred to as encoding target picture or frame) shown in FIG. Target block) Encoded blocks in the vicinity of B0 are set as reference blocks B1 to B3, and these motion vectors are extracted from the motion vector storage unit 320.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a prediction target block of an encoding target image.
  • the median value calculation processing unit 332 calculates the median value of each motion vector component of the reference blocks B1 to B3, and generates a prediction vector from the calculated median value. This method of generating a prediction vector is called spatial median prediction.
  • the prediction residual calculation unit 340 calculates a difference (prediction error vector) between the motion vector and the prediction vector, and sends the prediction error vector to the code allocation unit 350.
  • the prediction error vector is variable-length encoded by the code assigning unit 350 and output as an encoded stream.
  • FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a moving picture decoding apparatus using motion compensation according to the prior art.
  • a variable length decoding unit 400 decodes a variable length code in an encoded stream.
  • the motion vector calculation unit 410 adds the prediction error vector and the prediction vector.
  • the motion vector storage unit 420 stores a motion vector.
  • the motion vector prediction processing unit 430 predicts a motion vector using information obtained by decoding the motion vector.
  • the reference block motion vector extraction processing unit 431 extracts a motion vector of a reference block used for motion vector prediction.
  • the median value calculation processing unit 432 calculates the median value of the motion vector components extracted from the reference block.
  • the motion compensation decoding unit 440 performs motion compensation using the calculated motion vector, decodes a decoding target block, and outputs a decoded video signal.
  • variable length decoding unit 400 decodes the variable length code in the encoded stream, sends the quantized transform coefficient of the decoding target block to the decoding unit 440 by motion compensation, and sends the prediction error vector to the motion vector.
  • the data is sent to the calculation unit 410.
  • the motion vector calculation unit 410 adds the prediction error vector and the prediction vector obtained from the decoded motion vector to calculate a motion vector.
  • the calculated motion vector is sent to the decoding unit 440 based on motion compensation and stored in the motion vector storage unit 420.
  • the motion compensation decoding unit 440 performs motion compensation using the calculated motion vector, decodes the decoding target block, and outputs the decoded video signal.
  • the motion vector prediction processing of the motion vector prediction processing unit 430 in the video decoding device is the same as the processing of the motion vector prediction processing unit 330 in the video encoding device shown in FIG.
  • FIG. 16 is a block diagram showing a configuration of a conventional temporal direction motion vector prediction processing unit.
  • Standard H. In H.264 encoding as one of encoding modes in B picture encoding, encoding is called a direct mode in which motion information is predicted and generated from motion information of an encoded block, and motion information encoding is omitted. Mode is used.
  • the direct mode includes a spatial direct mode mainly using motion information in the spatial direction and a temporal direct mode mainly using motion information in the time direction.
  • the motion vector prediction processing unit 500 calculates a prediction vector as follows.
  • the anchor block motion vector extraction processing unit 501 extracts, from the motion vector storage unit 510, a motion vector mvCol of a block (this is called an anchor block) in the anchor picture at the same position as the prediction target block.
  • An anchor picture is a picture having a motion vector for obtaining a direct mode motion vector, and is usually the closest reference picture behind the current picture in display order.
  • the extrapolation prediction processing unit 502 proportionally distributes the motion vector mvL0 from the motion vector mvCol to the motion vector mvL0 of L0 and the motion vector mvL1 of L1 according to the time interval between the reference picture of L0, the current picture and the anchor picture. To calculate.
  • the motion vector prediction processing unit 500 outputs the motion vectors mvL0 and mvL1 calculated by the extrapolation prediction processing unit 502 as prediction vectors. There is also a method of using a motion vector mvCol as a prediction vector. This method of generating a prediction vector is called “co-located prediction”.
  • a prediction vector is generated from the motion vector of the spatial neighboring block, and the prediction vector and the motion vector of the encoding target block are
  • the horizontal vector and the vertical component of the motion vector are predicted at the same time.
  • the generated encoded data is decoded in the order of horizontal and vertical components on the decoding side. Is done. For this reason, when decoding the vertical component of the motion vector, the already decoded horizontal component can be used.
  • the motion vector encoding is lossless encoding, the horizontal component of the motion vector that can be used on the decoding side is the same as the value encoded on the encoding side.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and is a moving image coding apparatus and a moving image code capable of improving the coding efficiency of a motion vector and reducing the coding amount of the motion vector as compared with the prior art.
  • Method, moving picture coding program, moving picture coding apparatus, moving picture coding method, moving picture decoding apparatus for decoding picture coded by moving picture coding program, moving picture decoding method, moving picture decoding program The purpose is to provide.
  • the present invention divides an image into blocks of a predetermined size, and among the plurality of component values of the motion vector between the encoding target block and neighboring blocks, one component value is set as the first component value, and the other component value is set as the other component value.
  • First component encoding means for obtaining a difference value of one component and encoding the difference value of the first component; the first component value of the motion vector of the neighboring block; and the motion vector of the encoding target block. And determining the occurrence probability for the candidate value of the second component value of the motion vector of the encoding target block, based on the difference value between the first component value of the second block and the second component value of the motion vector of the neighboring block, A second component encoding means for determining a codeword of the second component value based on the occurrence probability and encoding the second component value;
  • the present invention divides an image into blocks of a predetermined size, and among the plurality of component values of the motion vector between the encoding target block and neighboring blocks, one component value is set as the first component value, and the other component value is set as the other component value.
  • Video decoding that decodes the image encoded using motion compensation interframe prediction for each block by encoding the first component value and the second component value, respectively, as a second component value
  • the occurrence probability for the candidate value of the second component value of the motion vector of the encoding target block is obtained based on the difference value between and the second component value of the motion vector of the neighboring block, and based on the occurrence probability, the first Second component decoding means for identifying a correspondence relationship between a two-component value and a codeword of the second component value, and decoding the codeword of the second component value given as encode
  • the present invention divides an image into blocks of a predetermined size, and among the plurality of component values of the motion vector between the encoding target block and neighboring blocks, one component value is set as the first component value, and the other component value is set as A video encoding method using motion compensated interframe prediction for each block by encoding the first component value and the second component value as a second component value, wherein the neighboring block The difference value between the predicted value of the first component value of the motion vector of the coding target block generated from the first component value of the motion vector and the first component value of the motion vector of the coding target block.
  • a first component encoding step for obtaining a difference value of one component and encoding the difference value of the first component; the first component value of the motion vector of the neighboring block; and the motion of the encoding target block Based on the difference value between the first component value of the Kuttle and the second component value of the motion vector of the neighboring block, the occurrence probability for the candidate value of the second component value of the motion vector of the encoding target block is determined,
  • the present invention divides an image into blocks of a predetermined size, and among the plurality of component values of the motion vector between the encoding target block and neighboring blocks, one component value is set as the first component value, and the other component value is set as the other component value.
  • Video decoding that decodes the image encoded using motion compensation interframe prediction for each block by encoding the first component value and the second component value, respectively, as a second component value
  • the occurrence probability for the candidate value of the second component value of the motion vector of the encoding target block is obtained, and based on the occurrence probability
  • Second component decoding that identifies the correspondence between the second component value and the code word of the second component value and decodes the code word of the second component value given as encoded data to the second component value Steps.
  • the present invention divides an image into blocks of a predetermined size, and among the plurality of component values of the motion vector between the encoding target block and neighboring blocks, one component value is set as the first component value, and the other component value is set as the other component value.
  • a second component value is encoded into the computer on the moving image encoding apparatus using motion compensation interframe prediction for each block by encoding the first component value and the second component value, respectively.
  • a predicted value of the first component value of the motion vector of the encoding target block generated from the first component value of the motion vector of the neighboring block, and the encoding target block A first component encoding step of determining a difference value of the first component, which is a difference value with respect to the first component value of the motion vector, and encoding the difference value of the first component; Based on the difference value between the first component value of the motion vector of the block and the first component value of the motion vector of the block to be encoded, and the second component value of the motion vector of the neighboring block, the encoding target A second component encoding step of obtaining an occurrence probability of the candidate value of the second component value of the block motion vector, determining a codeword of the second component value based on the occurrence probability, and encoding the second component value And do.
  • the present invention divides an image into blocks of a predetermined size, and among the plurality of component values of the motion vector between the encoding target block and neighboring blocks, one component value is set as the first component value, and the other component value is set as the other component value.
  • Video decoding that decodes the image encoded using motion compensation interframe prediction for each block by encoding the first component value and the second component value, respectively, as a second component value
  • a moving picture decoding program for causing a computer on the apparatus to perform an image decoding process, wherein the motion of the encoding target block generated from the first component value of the motion vector of the neighboring block by decoding the difference value of the first component
  • the second motion vector of the encoding target block Based on the difference value between the one component value and the first component value of the motion vector of the encoding target block and the second component value of the motion vector of the neighboring block, the second motion vector of the encoding target block
  • the occurrence probability of the component value with respect to the candidate value is obtained, and based on the occurrence probability, the correspondence between the second component value and the code word of the second
  • the moving picture coding apparatus According to the moving picture coding apparatus according to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the coding amount of the motion vector, so that it is possible to reduce the amount of coding generated in the moving picture coding process.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a moving picture coding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the motion vector prediction processing unit 30 is a part different from the conventional technique, and the other part is a standard H.264 standard. It is the same as that of the structure of the conventional general moving image encoder used as H.264 other encoders.
  • the video encoding device 1 receives a video signal to be encoded, divides a frame of the input video signal into blocks, encodes each block, and outputs the bit stream as an encoded stream.
  • the prediction residual signal calculation unit 10 obtains a difference between the input video signal and the prediction signal output from the motion compensation unit 19 and outputs it as a prediction residual signal.
  • the orthogonal transform unit 11 performs orthogonal transform such as discrete cosine transform (DCT) on the prediction residual signal and outputs a transform coefficient.
  • the quantization unit 12 quantizes the transform coefficient and outputs the quantized transform coefficient.
  • the code assigning unit 13 entropy-encodes the quantized transform coefficient and outputs it as an encoded stream.
  • the quantized transform coefficient is also input to the inverse quantization unit 14 where it is inversely quantized.
  • the inverse orthogonal transform unit 15 performs inverse orthogonal transform on the transform coefficient output from the inverse quantization unit 14 and outputs a prediction residual decoded signal.
  • the decoded signal calculation unit 16 adds the prediction residual decoded signal and the prediction signal output from the motion compensation unit 19 to generate a coded decoded signal of the current block.
  • the decoded signal is stored in the frame memory 17 for use as a motion compensation reference image in the motion compensation unit 19.
  • the motion estimation unit 18 performs a motion search on the video signal of the encoding target block with reference to a reference image stored in the frame memory 17 to calculate a motion vector.
  • This motion vector is output to the motion compensation unit 19 and the prediction error vector calculation unit 32, and is also stored in the motion vector storage unit 31.
  • the motion compensation unit 19 refers to the image in the frame memory 17 by using the motion vector obtained by the motion estimation unit 18, and outputs a prediction signal of the encoding target block.
  • the motion vector is predicted using the information encoded by the motion vector prediction processing unit 30, and the motion vector used for the motion compensation is predicted.
  • the difference from the motion vector (this is referred to as a prediction vector) is calculated by the prediction error vector calculation unit 32 and the result is output to the code allocation unit 13 as a prediction error vector.
  • the code assigning unit 13 assigns a code to the prediction error vector by entropy coding and outputs it as an encoded stream.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the moving picture decoding apparatus in one embodiment of the present invention.
  • the motion vector prediction processing unit 28 is a part different from the prior art, and the other part is a standard H.264 standard. It is the same as that of the structure of the conventional general moving image decoding apparatus used as a H.264 other decoder.
  • the moving picture decoding apparatus 2 outputs a video signal of a decoded picture by inputting and decoding the encoded stream encoded by the moving picture encoding apparatus 1 shown in FIG.
  • the decoding unit 20 receives the encoded stream, entropy-decodes the quantized transform coefficient of the decoding target block, and decodes the prediction error vector.
  • the inverse quantization unit 21 receives the quantized transform coefficient, inversely quantizes it, and outputs a decoded transform coefficient.
  • the inverse orthogonal transform unit 22 performs inverse orthogonal transform on the decoded transform coefficient, and outputs a decoded prediction residual signal.
  • the decoded signal calculation unit 23 adds the inter-frame prediction signal generated by the motion compensation unit 27 and the decoded prediction residual signal, thereby generating a decoded signal of the decoding target block.
  • the decoded signal is output to an external device such as a display device and stored in the frame memory 24 for use as a motion compensation reference image in the motion compensation unit 27.
  • the motion vector calculation unit 25 adds the prediction error vector decoded by the decoding unit 20 and the prediction vector calculated by the motion vector prediction processing unit 28 to calculate a motion vector used for motion compensation.
  • This motion vector is stored in the motion vector storage unit 26 and notified to the motion compensation unit 27.
  • the motion compensation unit 27 performs motion compensation based on the input motion vector, and generates an inter-frame prediction signal for the decoding target block with reference to the reference image in the frame memory 24. This inter-frame prediction signal is added to the decoded prediction residual signal by the decoded signal calculation unit 23.
  • the motion vector prediction processing unit 28 performs motion vector prediction using the decoded motion vector stored in the motion vector storage unit 26, and outputs the obtained prediction vector to the motion vector calculation unit 25.
  • the motion vector prediction processing unit 30 shown in FIG. 1 and the motion vector prediction processing unit 28 shown in FIG. 2 will be described.
  • the two motion vector prediction processing units 30 and 28 have the same configuration, and the processing operation is also the same.
  • the first component and the second component are called in the order in which the two components of the motion vector are encoded.
  • the horizontal component is the first component
  • the vertical component is the second component.
  • the moving image encoding apparatus according to the present invention encodes the second component using the first component of the motion vector.
  • the horizontal component of the motion vector will be described as a first component
  • the vertical component will be described as a second component. The same applies if the first component and the second component are assigned in reverse.
  • M neighboring blocks are set for the encoding target block. Examples of setting of neighboring blocks are shown in FIGS. 11 (a), 11 (b), and 11 (c), for block A, there are two neighboring blocks (block B0, B1), three (block B0, B1, B2), and four (block B0, In this example, B1, B2, and B3) are set.
  • the neighboring blocks are not limited to the example shown in the figure, and the number of neighboring blocks can be increased or decreased.
  • Motion vectors are assigned to the encoding target block and the neighboring blocks.
  • a difference value is obtained for the first component of the motion vector between the encoding target block and the neighboring block. This is called a first component difference value.
  • e x (m) v x ⁇ u x (m) .
  • the magnitude of the first component difference value indicates that the corresponding neighboring block and the first component of the encoding target block are similar, and the same similarity may hold for the second component. is expected.
  • the occurrence probability of the second component is estimated as follows based on the first component difference value.
  • A is a constant for normalizing the sum of p (x) with respect to x to be 1.
  • f () uses the following generalized Gaussian distribution.
  • q is a parameter indicating the shape of the distribution
  • ⁇ is a parameter related to the distribution of the distribution.
  • ⁇ (z) is a gamma function defined by Expression (2).
  • f (x ⁇ u y (m) ) takes the maximum value in u y (m) , and decreases as the distance from u y (m) increases.
  • Formula (1) is a weighted sum obtained by weighting f (x ⁇ u y (m) ) by the reciprocal of the first component difference value. That is, p (x) gives a large value near u y (m) where the first component difference value is small.
  • the occurrence probabilities are sorted in descending order, and the sorted values are converted into binary numbers using a given code table.
  • Golomb code and Exp-Golomb code can be applied.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of the motion vector prediction processing unit 30 shown in FIG.
  • the encoding target block MV storage unit 100 stores the first component of the motion vector of the encoding target block and the predicted value for the first component.
  • the neighboring block MV read processing unit 101 reads the motion vector of the designated neighboring block.
  • the neighboring block MV storage unit 102 stores the motion vector of the neighboring block.
  • the predicted value generation processing unit 103 receives the first component of the motion vector of the neighboring block and generates a predicted value for the first component of the motion vector of the encoding target block.
  • the prediction value generation method is given in advance, and for example, spatial median prediction can be applied.
  • the difference value generation processing unit 104 inputs the first component of the motion vector of the encoding target block stored in the encoding target block MV storage unit 100 and the prediction value for the first component output from the prediction value generation processing unit 103. The difference value between the two is output.
  • the binary number conversion processing unit 105 converts the difference value output from the difference value generation processing unit 104 into a binary number sequence. A specific conversion to a binary number sequence is given at the time of encoding. For example, a Golomb code or an Exp-Golomb code is used.
  • Reference numeral 106 denotes an entropy encoding processing unit that entropy encodes the binary number sequence output from the binary number conversion processing unit 105. Specific entropy coding shall be given at the time of coding. For example, H.M. The CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the predicted value generation processing unit 107 receives the second component of the motion vector of the neighboring block, and generates a predicted value for the second component of the motion vector of the encoding target block.
  • the prediction value generation method is given in advance, and for example, spatial median prediction can be applied.
  • the difference value generation processing unit 108 inputs the second component of the motion vector of the encoding target block stored in the encoding target block MV storage unit 100 and the prediction value for the second component output from the prediction value generation processing unit 107. The difference value between the two is output.
  • the binary number conversion processing unit 109 converts the difference value output from the difference value generation processing unit 108 into a binary number sequence. A specific conversion to a binary number sequence is given at the time of encoding.
  • the entropy encoding processing unit 110 performs entropy encoding on the binary sequence output from the binary number conversion processing unit 109. Specific entropy coding shall be given at the time of coding. For example, H.M.
  • the CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the processing operation of the vector prediction processing unit 30 shown in FIG.
  • the predicted value generation processing unit 103 reads the motion vector of the designated neighboring block (step S1), and predicts the predicted value for the first component of the motion vector of the encoding target block from the first component of the motion vector of the neighboring block. Is generated (step S2).
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance, and for example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the difference value generation processing unit 104 generates a difference value between the first component and the predicted value of the same component of the motion vector of the encoding target block (step S3).
  • the binary number conversion processing unit 105 converts the generated difference value into a binary number sequence (step S4).
  • a specific conversion to a binary number sequence is given at the time of encoding.
  • a Golomb code or an Exp-Golomb code is used.
  • the entropy encoding processing unit 106 performs entropy encoding on the binary number sequence and outputs the result (step S5). Specific entropy coding shall be given at the time of coding.
  • H.M The CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the prediction value generation processing unit 107 reads the motion vector of the designated neighboring block, and predicts the second component of the motion vector of the encoding target block from the second component of the motion vector of the neighboring block. A value is generated (step S6).
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance, and for example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the difference value generation processing unit 108 generates a difference value between the second component and the predicted value of the same component of the motion vector of the encoding target block (step S7).
  • the binary number conversion processing unit 109 converts the generated difference value into a binary number sequence (step S8).
  • a specific conversion to a binary number sequence is given at the time of encoding.
  • a Golomb code or an Exp-Golomb code is used.
  • the entropy encoding processing unit 110 performs entropy encoding on the binary sequence and outputs it (step S9). Specific entropy coding shall be given at the time of coding.
  • H.M The CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a modified configuration of the vector prediction processing unit 30 shown in FIG.
  • the apparatus shown in this figure is different from the apparatus shown in FIG. 3 in that a difference value generation processing unit 111 for the first component, a probability density function estimation processing unit 112 for the second component, and a binary conversion map generation processing unit 113 are provided. It is a point.
  • the difference value generation processing unit 111 for the first component includes the first component of the motion vector of each neighboring block stored in the neighboring block MV storage unit 102 and the coding target block stored in the coding target block MV storage unit 100.
  • the first component of the motion vector is read, and the difference value of the first component of the motion vector of each neighboring block with respect to the first component of the motion vector of the encoding target block is output.
  • the probability density function estimation processing unit 112 of the second component calculates the probability of the second component of the motion vector of the encoding target block from the output difference value and the second component of the motion vector of each neighboring block according to the equation (1). Output density function. Also, parameters q and ⁇ that define the generalized Gaussian distribution are given from the outside.
  • the binary conversion map generation processing unit 113 sorts the candidate values of the second component of the motion vector of the encoding target block in descending order according to the occurrence probability, and the motion vector of the encoding target block The ranks in all candidate vectors for the second component of are obtained.
  • the binary number conversion processing unit 109 receives the rank of the motion vector obtained by the binary number conversion map generation processing unit 113 for the second component, and converts the rank into a binary number. It is assumed that a specific binary sequence assignment to the value of the same rank is given at the time of encoding. For example, a Golomb code or an Exp-Golomb code is used.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the processing operation of the vector prediction processing unit 30 shown in FIG.
  • the predicted value generation processing unit 103 reads the motion vector of the designated neighboring block (step S1), and predicts the predicted value for the first component of the motion vector of the encoding target block from the first component of the motion vector of the neighboring block. Is generated (step S2).
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance, and for example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the difference value generation processing unit 104 generates a difference value between the first component and the predicted value of the same component of the motion vector of the encoding target block (step S3).
  • the binary number conversion processing unit 105 converts the generated difference value into a binary number sequence (step S4).
  • a specific conversion to a binary number sequence is given at the time of encoding.
  • a Golomb code or an Exp-Golomb code is used.
  • the entropy encoding processing unit 106 performs entropy encoding on the binary number sequence and outputs the result (step S5). Specific entropy coding shall be given at the time of coding.
  • H.M The CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the difference value generation processing unit 111 for the first component reads the first component of the motion vector of each block designated as the neighboring block and the first component of the motion vector of the encoding target block, The first component difference value of the motion vector of each neighboring block with respect to the motion vector of the conversion target block is output (step S61).
  • the parameters q and ⁇ that define the generalized Gaussian distribution are given from the outside.
  • the binary conversion map generation processing unit 113 inputs the output probability density function, and uses the probability density function to descend the second component candidate value of the motion vector of the encoding target block in descending order according to the occurrence probability. And ranking among all candidates for the second component of the motion vector of the encoding target block is obtained (step S72). Then, the binary number conversion processing unit 109 converts the second component and the second component of the motion vector of the encoding target block into a binary number based on the obtained order (step S81). . It is assumed that a specific binary sequence assignment to the sorted value is given at the time of encoding. For example, a Golomb code or an Exp-Golomb code is used.
  • the entropy encoding processing unit 110 performs entropy encoding on the binary sequence and outputs it (step S9).
  • FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the motion vector prediction processing unit 28 shown in FIG.
  • reference numeral 201 denotes a neighborhood block MV read processing unit that reads a motion vector of a designated neighborhood block.
  • the neighboring block MV storage unit 202 stores the read motion vector of the neighboring block.
  • the predicted value generation processing unit 203 receives the first component of the motion vector of the neighboring block stored in the neighboring block MV storage unit 202, and generates a predicted value for the first component of the motion vector of the decoding target block.
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance. For example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the entropy decoding processing unit 204 receives encoded data related to the first component of the motion vector stored in the encoded data storage unit 200, performs entropy decoding processing, and generates a binary sequence.
  • a specific entropy decoding process is given at the time of decoding. For example, H.M.
  • the CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the binary number inverse conversion processing unit 205 converts the output binary number sequence into a first component difference value.
  • the addition processing unit 206 inputs the output binary number sequence and the predicted value output from the predicted value generation processing unit 203, adds both, and outputs the first component of the motion vector.
  • the predicted value generation processing unit 207 receives the second component of the motion vector of the neighboring block stored in the neighboring block MV storage unit 202, and generates a predicted value for the second component of the motion vector of the decoding target block.
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance. For example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the entropy decoding processing unit 208 inputs encoded data related to the second component of the motion vector stored in the encoded data storage unit 200, performs entropy decoding processing, and generates a binary sequence.
  • a specific entropy decoding process is given at the time of decoding. For example, H.M.
  • the CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the binary number inverse conversion processing unit 209 converts the output binary number sequence into a second component difference value.
  • the addition processing unit 210 receives the output binary number sequence and the predicted value output from the predicted value generation processing unit 207, adds both, and outputs the second component of the motion vector.
  • FIG. 8 is a flowchart showing the processing operation of the motion vector prediction processing unit 28 shown in FIG.
  • the predicted value generation processing unit 203 reads a motion vector of a designated neighboring block (step S11).
  • the entropy decoding processing unit 204 receives the encoded data related to the motion vector of the first component, performs entropy decoding processing, generates a binary sequence, and outputs it (step S12).
  • a specific entropy decoding process is given at the time of decoding. For example, H.M.
  • the CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the binary number inverse transform processing unit 205 inversely transforms the binary number sequence and outputs a first component difference value (step S13).
  • the specific inverse transformation of the binary number sequence shall be given separately.
  • a code table of Golomb code or Exp-Golomb code is used.
  • the predicted value generation processing unit 203 generates a predicted value for the first component of the motion vector of the decoding target block from the first component of the motion vector of the neighboring block (step S14).
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance, and for example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the addition processing unit 206 inputs the output first component difference value and the output prediction value, adds both, and outputs the addition value as the first component of the motion vector of the decoding target block (step). S15).
  • the predicted value generation processing unit 207 reads the motion vector of the designated neighboring block (step S11).
  • the entropy decoding processing unit 208 receives the encoded data related to the motion vector of the second component, performs entropy decoding processing, generates a binary sequence, and outputs it (step S16).
  • a specific entropy decoding process is given at the time of decoding. For example, H.M.
  • the CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the binary number inverse conversion processing unit 209 performs inverse conversion on the binary number sequence and outputs a second component difference value (step S17).
  • the specific inverse transformation of the binary number sequence shall be given separately.
  • a code table of Golomb code or Exp-Golomb code is used.
  • the predicted value generation processing unit 207 generates a predicted value for the second component of the motion vector of the decoding target block from the second component of the motion vector of the neighboring block (step S18).
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance, and for example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the addition processing unit 210 inputs the output second component difference value and the output prediction value, adds both, and outputs the addition value as the second component of the motion vector of the decoding target block (step). S19).
  • FIG. 9 is a block diagram showing a configuration in which the vector prediction processing unit 28 shown in FIG. 7 is modified.
  • the apparatus shown in this figure is different from the apparatus shown in FIG. 7 in that a difference value generation processing unit 211 for the first component, a probability density function estimation processing unit 212 for the second component, and a conversion map generation processing unit 213 are provided. Is a point.
  • the difference value generation processing unit 211 for the first component includes the first component of the motion vector of each neighboring block stored in the neighboring block MV storage unit 202 and the motion vector of the decoding target block stored in the encoded data storage unit 200.
  • the first component is input, and the first component difference value of the motion vector of each neighboring block with respect to the motion vector of the decoding target block is output.
  • the second component probability density function estimation processing unit 212 inputs the first component difference value of the motion vector of each neighboring block and the second component of the motion vector of each neighboring block, and follows the equation (1) to determine the decoding target block. Outputs the probability density function of the second component of the motion vector. It is assumed that parameters q and ⁇ that define the generalized Gaussian distribution are given from the outside.
  • the transformation map generation processing unit 213 receives the output probability density function, and uses the probability density function to sort the second component candidate values of the motion vector of the decoding target block in descending order according to the occurrence probability.
  • the correspondence (conversion map) of the second component and the order of all candidate values of the two components are obtained.
  • the entropy decoding processing unit 208 inputs encoded data related to the second component of the motion vector stored in the encoded data storage unit 200, performs entropy decoding processing, and generates a binary sequence.
  • a specific entropy decoding process is given at the time of decoding.
  • H.M The CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the binary number conversion processing unit 209 performs inverse conversion on the output binary number sequence related to the second component, and calculates the rank in all candidate vectors for the second component of the motion vector of the decoding target block. This reverse conversion is realized by reverse-conversion of a code table (for example, Golomb code or Exp-Golomb code) used at the time of encoding. Further, the calculated ranking and conversion map are input, and the ranking information is converted into the second component of the motion vector of the decoding target block.
  • a code table for example, Golomb code or Exp-Golomb code
  • FIG. 10 is a flowchart showing the processing operation of the vector prediction processing unit 28 shown in FIG.
  • the predicted value generation processing unit 203 reads a motion vector of a designated neighboring block (step S11).
  • the entropy decoding processing unit 204 receives the encoded data related to the motion vector of the first component, performs entropy decoding processing, generates a binary sequence, and outputs it (step S12).
  • a specific entropy decoding process is given at the time of decoding. For example, H.M.
  • the CABAC adopted in H.264 / AVC is used.
  • the binary number inverse transform processing unit 205 inversely transforms the binary number sequence and outputs a first component difference value (step S13).
  • the specific inverse transformation of the binary number sequence shall be given separately.
  • a code table of Golomb code or Exp-Golomb code is used.
  • the predicted value generation processing unit 203 generates a predicted value for the first component of the motion vector of the decoding target block from the first component of the motion vector of the neighboring block (step S14).
  • the prediction value generation method is assumed to be given in advance, and for example, the above-described spatial median prediction can be applied.
  • the addition processing unit 206 inputs the output first component difference value and the output prediction value, adds both, and outputs the addition value as the first component of the motion vector of the decoding target block (step). S15).
  • the entropy decoding processing unit 208 inputs encoded data related to the motion vector of the second component, performs entropy decoding processing, generates and outputs a binary sequence (step S16).
  • the difference value generation processing unit 211 for the first component inputs the first component of the motion vector of each block designated as the neighboring block and the first component of the motion vector of the decoding target block, and each of the motion vector of the decoding target block The first component difference value of the motion vector of the neighboring block is output (step S171).
  • the second component probability density function estimation processing unit 212 inputs the output difference value and the second component of the motion vector of each neighboring block, and calculates the motion vector of the decoding target block according to Equation (1).
  • a two-component probability density function is estimated and output (step S172). It is assumed that parameters q and ⁇ that define the generalized Gaussian distribution are given from the outside.
  • the transform map generation processing unit 213 sorts the candidate values of the second component of the motion vector of the decoding target block in descending order according to the occurrence probability using the output probability density function, and all candidates of the second component A correspondence relationship (conversion map) between the order of the values and the second component is generated (step S181).
  • the binary number conversion processing unit 209 inversely converts the binary number sequence related to the second component output in step S16, and calculates the rank in all candidate vectors for the second component of the motion vector of the decoding target block.
  • This reverse conversion is realized by reverse-conversion of a code table (for example, Golomb code or Exp-Golomb code) used at the time of encoding.
  • the calculated ranking and conversion map are input, and the ranking information is converted into the second component of the motion vector of the decoding target block (step S191).
  • FIG. 12 is a block diagram illustrating a configuration of the image transmission system.
  • a moving image input unit 601 inputs a moving image captured by a camera or the like.
  • the moving image encoding device 602 is configured by the moving image encoding device shown in FIG. 1, and encodes and transmits the moving image input by the moving image input unit 601.
  • the transmission path 603 transmits the encoded moving image data transmitted from the moving image encoding device 602.
  • the moving picture decoding apparatus 604 includes the moving picture decoding apparatus shown in FIG.
  • the moving image output unit 605 outputs the moving image decoded by the moving image decoding device 604 to a display device or the like.
  • the moving image encoding device 602 inputs moving image data via the moving image input unit 601 and performs encoding by the above-described processing operation for each frame of the moving image. Then, the moving image encoding device 602 transmits the encoded moving image data to the moving image decoding device 604 via the transmission path 603. The moving image decoding device 604 decodes the encoded moving image data by the processing operation described above, and displays the moving image on a display device or the like via the moving image output unit 605.
  • the amount of code of the second component value can be reduced, and moving image encoding is performed.
  • the amount of generated coding in the processing can be reduced.
  • a program for realizing the function of the processing unit in FIG. 1 is recorded on a computer-readable recording medium, and the program recorded on the recording medium is read into a computer system and executed, thereby executing image coding processing.
  • image decoding processing may be performed.
  • the “computer system” includes an OS and hardware such as peripheral devices.
  • the “computer system” includes a WWW system having a homepage providing environment (or display environment).
  • the “computer-readable recording medium” refers to a storage device such as a flexible medium, a magneto-optical disk, a portable medium such as a ROM or a CD-ROM, and a hard disk incorporated in a computer system.
  • the “computer-readable recording medium” refers to a volatile memory (RAM) in a computer system that becomes a server or a client when a program is transmitted via a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In addition, those holding programs for a certain period of time are also included.
  • RAM volatile memory
  • the program may be transmitted from a computer system storing the program in a storage device or the like to another computer system via a transmission medium or by a transmission wave in the transmission medium.
  • the “transmission medium” for transmitting the program refers to a medium having a function of transmitting information, such as a network (communication network) such as the Internet or a communication line (communication line) such as a telephone line.
  • the program may be for realizing a part of the functions described above. Furthermore, what can implement
  • the moving picture encoding apparatus can be applied to applications in which it is essential to improve the encoding efficiency of motion vectors and reduce the amount of code of motion vectors as compared with the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

　動画像符号化装置は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、第一成分値と第二成分値とをそれぞれ符号化することによりブロック毎の動き補償フレーム間予測を用い、第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化手段と、近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、この発生確率に基づき、第二成分値の符号語を定め、第二成分値を符号化する第二成分符号化手段とを備えている。

Description

動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラム
　本発明は、動き補償を用いる動画像符号化技術を用いた動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムに関する。
　本願は、２０１１年６月２９日に、日本に出願された特願２０１１－１４４１２２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　規格Ｈ．２６４に代表される動画像符号化における重要な要素技術の一つに、動き補償フレーム間予測がある。動き補償フレーム間予測では、動きベクトルを効率的に符号化するために、動きベクトルの予測符号化を行う（例えば、非特許文献１参照）。図１３は、従来技術による動き補償を用いた動画像符号化装置の構成を示すブロック図である。図１３において、動き補償による符号化部３００は動き補償による符号化を行なう。動き推定部３１０は動き探索により画像の動きを推定する。動きベクトル記憶部３２０は動き推定によって算出された動きベクトルを記憶する。
　動きベクトル予測処理部３３０は動きベクトルの予測符号化のために符号化済み情報から動きベクトルを予測する。参照ブロック動きベクトル抽出処理部３３１は動きベクトルの予測に用いる参照ブロックの動きベクトルを抽出する。中央値算出処理部３３２は参照ブロックから抽出した動きベクトルの中央値を算出する。予測残差算出部３４０は動きベクトルと予測した動きベクトル（以下、予測ベクトルという）の差分を算出する。符号割当て部３５０は量子化された変換係数や動きベクトルの予測残差信号（予測誤差ベクトルという）に可変長符号を割り当てて符号化ストリームを出力する。
　動き推定部３１０は、符号化対象ブロックの映像信号を入力すると、符号化済みの参照画像の復号信号と照合することにより動き探索を行い、動きベクトルを算出する。算出された動きベクトルは、動き補償による符号化部３００に入力され、動き補償による符号化部３００では、動きベクトルを用いた動き補償によって映像信号と予測信号との残差信号を求め、これを直交変換、量子化などによって符号化処理する。処理結果の量子化値などが符号割当て部３５０で符号化されて符号化ストリームとして出力される。一方、動きベクトルについても符号量削減のために予測符号化を行う。このため、動き推定部３１０が算出した動きベクトルは、後の参照のために動きベクトル記憶部３２０に記憶される。動きベクトル予測処理部３３０は、符号化済みの動きベクトルを用いて予測ベクトルを算出する。
　動きベクトル予測処理部３３０における動きベクトルの予測では、まず、参照ブロック動きベクトル抽出処理部３３１が、図１４に示す符号化対象画像（符号化対象ピクチャまたはフレームともいう）の予測対象ブロック（符号化対象ブロック）Ｂ０の近傍にある符号化済みブロックを参照ブロックＢ１～Ｂ３として、これらの動きベクトルを、動きベクトル記憶部３２０から抽出する。図１４は、符号化対象画像の予測対象ブロックの一例を示す図である。
　次に、中央値算出処理部３３２は、参照ブロックＢ１～Ｂ３の各動きベクトル成分の中央値を算出し、算出した中央値から予測ベクトルを生成する。この予測ベクトルの生成方法を空間メディアン予測と呼ぶ。予測残差算出部３４０は、動きベクトルと予測ベクトルとの差分（予測誤差ベクトル）を算出し、その予測誤差ベクトルを符号割当て部３５０へ送る。予測誤差ベクトルは、符号割当て部３５０で可変長符号化されて、符号化ストリームとして出力される。
　図１５は、従来技術による動き補償を用いた動画像復号装置の構成を示すブロック図である。図１５において、可変長復号部４００は符号化ストリーム中の可変長符号を復号する。動きベクトル算出部４１０は予測誤差ベクトルと予測ベクトルを加算する。動きベクトル記憶部４２０は動きベクトルを記憶する。動きベクトル予測処理部４３０は動きベクトルを復号済みの情報を用いて動きベクトルを予測する。参照ブロック動きベクトル抽出処理部４３１は動きベクトルの予測に用いる参照ブロックの動きベクトルを抽出する。中央値算出処理部４３２は参照ブロックから抽出した動きベクトル成分の中央値を算出する。動き補償による復号部４４０は算出された動きベクトルを用いて動き補償を行い、復号対象ブロックを復号して、復号された映像信号を出力する。
　符号化ストリームを入力すると、可変長復号部４００は、符号化ストリーム中の可変長符号を復号し、復号対象ブロックの量子化変換係数を動き補償による復号部４４０へ送り、予測誤差ベクトルを動きベクトル算出部４１０へ送る。動きベクトル算出部４１０は、予測誤差ベクトルと、復号済みの動きベクトルから求めた予測ベクトルとを加算し、動きベクトルを算出する。算出された動きベクトルは、動き補償による復号部４４０へ送られるとともに、動きベクトル記憶部４２０に格納される。動き補償による復号部４４０は、算出された動きベクトルを用いて動き補償を行い、復号対象ブロックを復号して、復号された映像信号を出力する。
　動画像復号装置における動きベクトル予測処理部４３０の動きベクトルの予測処理は、図１３に示す動画像符号化装置における動きベクトル予測処理部３３０の処理と同様である。図１６は、従来の時間方向動きベクトル予測処理部の構成を示すブロック図である。
　規格Ｈ．２６４による符号化では、Ｂピクチャの符号化における符号化モードの一つとして、動き情報を符号化済みブロックの動き情報から予測生成し、動き情報の符号化を省略するダイレクト・モードと呼ばれる符号化モードが用いられている。ダイレクト・モードには、主として空間方向の動き情報を利用する空間ダイレクト・モードと、主として時間方向の動き情報を利用する時間ダイレクト・モードがある。この時間ダイレクト・モードにおける動きベクトルの予測では、動きベクトル予測処理部５００は、次のように予測ベクトルを算出する。
　アンカーブロック動きベクトル抽出処理部５０１が、アンカーピクチャで予測対象ブロックと同じ位置にあるブロック（これをアンカーブロックという）の動きベクトルｍｖＣｏｌを動きベクトル記憶部５１０から抽出する。アンカーピクチャとは、ダイレクト・モードの動きベクトルを求める際の動きベクトルを持つピクチャのことであり、通常は、表示順序で符号化対象ピクチャの後方の一番近い参照ピクチャである。次に、外挿予測処理部５０２は、動きベクトルｍｖＣｏｌからＬ０の動きベクトルｍｖＬ０と、Ｌ１の動きベクトルｍｖＬ１を、Ｌ０の参照ピクチャと符号化対象ピクチャとアンカーピクチャとの時間間隔に応じて比例配分することにより算出する。
　なお、Ｂピクチャでは、任意の参照ピクチャから最大２枚のピクチャを選択できるので、この２枚をＬ０、Ｌ１として区別し、主として前方向予測に用いる予測をＬ０予測、主として後方向予測に用いる予測をＬ１予測と呼んでいる。動きベクトル予測処理部５００は、外挿予測処理部５０２が算出した動きベクトルｍｖＬ０、ｍｖＬ１を予測ベクトルとして出力する。また、動きベクトルｍｖＣｏｌを予測ベクトルとする方法もある。この予測ベクトルの生成方法をＣｏ－ｌｏｃａｔｅｄ予測と呼ぶ。
Ｈ．２６４／ＡＶＣ教科書（改訂三版）"、角野眞也他、インプレスＲ＆Ｄ、ｐｐ．１２８－１３０、２００８．
　ところで、従来の動き補償を用いた動画像符号化装置による動きベクトルの符号化では、空間的な近傍ブロックの動きベクトルから予測ベクトルを生成し、その予測ベクトルと、符号化対象ブロックの動きベクトルとの差分ベクトルを符号化対象としており、動きベクトルの水平成分と垂直成分を同時に予測している点に問題がある。動きベクトルの水平成分・垂直成分の順に符号化する場合（垂直成分・水平成分の順に符号化する場合も同様）、復号側でも、生成された符号化データは、水平成分・垂直成分の順に復号される。このため、動きベクトルの垂直成分の復号時に、既に復号されている水平成分は利用可能である。また、動きベクトルの符号化は可逆符号化であるため、復号側で利用可能となる動きベクトルの水平成分は、符号化側で符号化した値と同一である。
　しかしながら、従来の動きベクトルの符号化では、動きベクトルの各成分は独立に予測・符号化されているため、動きベクトルの成分間の相関を十分に利用できていない。このため、動きベクトルに対する符号化効率に改善の余地がある。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、動きベクトルの符号化効率を向上させ、動きベクトルの符号量を従来技術よりも削減することができる動画像符号化装置、動画像符号化方法、動画像符号化プログラム及び、動画像符号化装置、動画像符号化方法、動画像符号化プログラムによって符号化された画像を復号する動画像復号装置、動画像復号方法、動画像復号プログラムを提供することを目的とする。
　本発明は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いた動画像符号化装置であって、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値との差分値である前記第一成分の差分値を求め、前記第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化手段と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値の符号語を定め、前記第二成分値を符号化する第二成分符号化手段とを備える。
　本発明は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いて符号化された前記画像の復号を行う動画像復号装置であって、第一成分の差分値を復号し、前記近傍ブロックの動きベクトルの第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記第一成分の差分値とを加算して前記第一成分値を生成する第一成分復号手段と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値と前記第二成分値の符号語との対応関係を同定し、符号化データとして与えられた前記第二成分値の符号語を前記第二成分値へ復号する第二成分復号手段とを備える。
　本発明は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いた動画像符号化方法であって、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値との差分値である前記第一成分の差分値を求め、前記第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化ステップと、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値の符号語を定め、前記第二成分値を符号化する第二成分符号化ステップとを有する。
　本発明は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いて符号化された前記画像の復号を行う動画像復号方法であって、第一成分の差分値を復号し、前記近傍ブロックの動きベクトルの第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記第一成分の差分値とを加算して前記第一成分値を生成する第一成分復号ステップと、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値と前記第二成分値の符号語との対応関係を同定し、符号化データとして与えられた前記第二成分値の符号語を前記第二成分値へ復号する第二成分復号ステップとを有する。
　本発明は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いた動画像符号化装置上のコンピュータに画像符号化処理を行わせる動画像符号化プログラムであって、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値との差分値である前記第一成分の差分値を求め、前記第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化ステップと、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値の符号語を定め、前記第二成分値を符号化する第二成分符号化ステップとを行わせる。
　本発明は、画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いて符号化された前記画像の復号を行う動画像復号装置上のコンピュータに画像復号処理を行わせる動画像復号プログラムであって、第一成分の差分値を復号し、前記近傍ブロックの動きベクトルの第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記第一成分の差分値とを加算して前記第一成分値を生成する第一成分復号ステップと、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値と前記第二成分値の符号語との対応関係を同定し、符号化データとして与えられた前記第二成分値の符号語を前記第二成分値へ復号する第二成分復号ステップとを行わせる。
　本発明の一実施形態による動画像符号化装置によれば、動きベクトルの符号量を削減すること可能となるため、動画像符号化処理における発生符号化量を低減できるという効果が得られる。
本発明の一実施形態における動画像符号化装置の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における動画像復号装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す動きベクトル予測処理部の構成を示すブロック図である。 図３に示すベクトル予測処理部の処理動作を示すフローチャートである。 図３に示すベクトル予測処理部を変形した構成を示すブロック図である。 図５に示すベクトル予測処理部の処理動作を示すフローチャートである。 図２に示す動きベクトル予測処理部の構成を示すブロック図である。 図７に示す動きベクトル予測処理部の処理動作を示すフローチャートである。 図７に示すベクトル予測処理部を変形した構成を示すブロック図である。 図９に示すベクトル予測処理部の処理動作を示すフローチャートである。 近傍ブロックの設定例を示す説明図である。 画像伝送システムの構成を示すブロック図である。 従来技術による動き補償を用いた動画像符号化装置の構成を示すブロック図である 符号化対象画像の予測対象ブロックの一例を示す説明図である。 従来技術による動き補償を用いた動画像復号装置の構成を示すブロック図である。 従来の時間方向動きベクトル予測処理部の構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による動画像符号化装置及び動画像復号装置を説明する。図１は本発明の一実施形態における動画像符号化装置の構成を示すブロック図である。この実施形態における動画像符号化装置１は、動きベクトル予測処理部３０が従来技術と異なる部分であり、他の部分は、規格Ｈ．２６４その他のエンコーダとして用いられている従来の一般的な動画像符号化装置の構成と同様である。動画像符号化装置１は、符号化対象の映像信号を入力し、入力映像信号のフレームをブロックに分割してブロックごとに符号化し、そのビットストリームを符号化ストリームとして出力する。この符号化のため、予測残差信号算出部１０は、入力映像信号と動き補償部１９の出力である予測信号との差分を求め、それを予測残差信号として出力する。直交変換部１１は、予測残差信号に対して離散コサイン変換（ＤＣＴ）等の直交変換を行い、変換係数を出力する。量子化部１２は、変換係数を量子化し、その量子化された変換係数を出力する。符号割当て部１３は、量子化された変換係数をエントロピー符号化し、符号化ストリームとして出力する。
　一方、量子化された変換係数は、逆量子化部１４にも入力され、ここで逆量子化される。逆直交変換部１５は、逆量子化部１４の出力である変換係数を逆直交変換し、予測残差復号信号を出力する。復号信号算出部１６では、この予測残差復号信号と動き補償部１９の出力である予測信号とを加算し、符号化した符号化対象ブロックの復号信号を生成する。この復号信号は、動き補償部１９における動き補償の参照画像として用いるために、フレームメモリ１７に格納される。動き推定部１８は、符号化対象ブロックの映像信号について、フレームメモリ１７に格納された参照画像を参照して動き探索を行い、動きベクトルを算出する。この動きベクトルは、動き補償部１９および予測誤差ベクトル算出部３２に出力され、また、動きベクトル記憶部３１に格納される。動き補償部１９は、動き推定部１８が求めた動きベクトルを用いて、フレームメモリ１７内の画像を参照することにより、符号化対象ブロックの予測信号を出力する。
　動き補償に用いた動きベクトルについても予測符号化するために、動きベクトル予測処理部３０によって符号化済みの情報を用いて動きベクトルの予測を行い、動き補償に用いた動きベクトルと、予測された動きベクトル（これを予測ベクトルという）との差分を、予測誤差ベクトル算出部３２により算出して、結果を予測誤差ベクトルとして符号割当て部１３へ出力する。符号割当て部１３は、予測誤差ベクトルについてもエントロピー符号化により符号を割り当て符号化ストリームとして出力する。
　図２は、本発明の一実施形態における動画像復号装置の構成を示すブロック図である。
　動画像復号装置２において、動きベクトル予測処理部２８が従来技術と異なる部分であり、他の部分は、規格Ｈ．２６４その他のデコーダとして用いられている従来の一般的な動画像復号装置の構成と同様である。動画像復号装置２は、図１に示す動画像符号化装置１により符号化された符号化ストリームを入力して復号することにより復号画像の映像信号を出力する。この復号のため、復号部２０は、符号化ストリームを入力し、復号対象ブロックの量子化変換係数をエントロピー復号するとともに、予測誤差ベクトルを復号する。
　逆量子化部２１は、量子化変換係数を入力し、それを逆量子化して復号変換係数を出力する。逆直交変換部２２は、復号変換係数に逆直交変換を施し、復号予測残差信号を出力する。復号信号算出部２３では、動き補償部２７で生成されたフレーム間予測信号と復号予測残差信号とを加算することで、復号対象ブロックの復号信号を生成する。この復号信号は、表示装置等の外部の装置に出力されるとともに、動き補償部２７における動き補償の参照画像として用いるために、フレームメモリ２４に格納される。
　動きベクトル算出部２５は、復号部２０が復号した予測誤差ベクトルと、動きベクトル予測処理部２８が算出した予測ベクトルとを加算し、動き補償に用いる動きベクトルを算出する。この動きベクトルは、動きベクトル記憶部２６に記憶され、動き補償部２７に通知される。動き補償部２７は、入力した動きベクトルをもとに動き補償を行い、フレームメモリ２４の参照画像を参照して、復号対象ブロックのフレーム間予測信号を生成する。
　このフレーム間予測信号は、復号信号算出部２３で復号予測残差信号に加算される。動きベクトル予測処理部２８は、動きベクトル記憶部２６に記憶された復号済みの動きベクトルを用いて、動きベクトルの予測を行い、求めた予測ベクトルを動きベクトル算出部２５に出力する。
　次に、図１に示す動きベクトル予測処理部３０と図２に示す動きベクトル予測処理部２８について説明する。２つの動きベクトル予測処理部３０、２８は、同様の構成を備えており、処理動作も同様である。以下の説明においては、動きベクトルの２つの成分を符号化する順に、各々、第一成分、第二成分を呼ぶ。例えば、水平成分・垂直成分の順に符号化する場合、水平成分が第一成分であり、垂直成分が第二成分となる。本発明における動画像符号化装置は、動きベクトルの第一成分を利用して、第二成分の符号化を行う。以下、動きベクトルの水平成分を第一成分とし、同垂直成分を第二成分として説明する。なお、第一成分と第二成分を逆に割り当てても同様である。
　始めに、動きベクトル予測処理部３０、２８の処理動作の原理を簡単に説明する。まず、符号化対象ブロックに対してＭ個の近傍ブロックを設定する。近傍ブロックの設定例を図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示す。図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ブロックＡに対して、各々、近傍ブロックを２個（ブロックＢ０，Ｂ１）、３個（ブロックＢ０，Ｂ１，Ｂ２）、４個（ブロックＢ０，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３）に設定した例である。なお、近傍ブロックは、同図の例に限定するものではなく、その数を増減させることは可能である。符号化対象ブロック、近傍ブロックには、動きベクトルが付与される。符号化対象ブロックの動きベクトルを（ｖｘ，ｖｙ）とし、第ｍ番目の近傍ブロックの動きベクトルを（ｕｘ （ｍ），ｕｙ （ｍ））とする。なお、ｍ＝０，…，Ｍ－１とする。
　符号化対象ブロックと近傍ブロックの間で、動きベクトルの第一成分について差分値を求める。これを第一成分差分値と呼ぶ。この第一成分差分値の集合を以下のようにおく。
　Ｅｘ＝（ｅｘ （０），・・・，ｅｘ （Ｍ－１））
　ここで、ｅｘ （ｍ）＝ｖｘ－ｕｘ （ｍ）である。この第一成分差分値の大きさは、対応する近傍ブロックと符号化対象ブロックの第一成分が類似していることを示しており、同様の類似性が第二成分に対しても成り立つことが予想される。
　そこで、第一成分差分値に基づき、第二成分の発生確率を次式のように推定する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　ここで、Ａはｐ（ｘ）のｘについての総和が１になるように正規化するための定数である。また、ｆ（）は、以下の一般化ガウス分布を用いる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　ここで、ｑは分布の形状を示すパラメータであり、λは分布の分散に関連するパラメータである。また、Γ（ｚ）は、式（２）で定義するガンマ関数である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　ｆ（ｘ－ｕｙ （ｍ））は、ｕｙ （ｍ）において最大の値をとり、ｕｙ （ｍ）から離れるに従って、その値は減少する。このｆ（ｘ－ｕｙ （ｍ）)を第一成分差分値の逆数で重みをつけて加重和をとったのが、式（１）である。つまり、第一成分差分値の小さなｕｙ （ｍ）の近傍で、ｐ（ｘ）は大きな値を与えることになる。式（１）に基づき、発生確率を降順にソートし、ソート後の値を与えられた符号表を用いて２進数に変換する。符号表の例としては、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を適用できる。
　次に、図３を参照して、図１に示す動きベクトル予測処理部３０の構成を説明する。図３は、図１に示す動きベクトル予測処理部３０の構成を示すブロック図である。この図において、符号化対象ブロックＭＶ記憶部１００は、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分及び第一成分に対する予測値を記憶する。近傍ブロックＭＶ読込処理部１０１は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込む。近傍ブロックＭＶ記憶部１０２は、近傍ブロックの動きベクトルを記憶する。予測値生成処理部１０３は、近傍ブロックの動きベクトルの第一成分を入力し、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する予測値を生成する。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、空間メディアン予測を適用可能である。
　差分値生成処理部１０４は、符号化対象ブロックＭＶ記憶部１００に記憶された符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分及び予測値生成処理部１０３から出力した第一成分に対する予測値を入力し、両者の差分値を出力する。２進数変換処理部１０５は、差分値生成処理部１０４から出力された差分値を２進数列に変換する。
　２進数列への具体的な変換は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を用いる。符号１０６は、２進数変換処理部１０５から出力された２進数列をエントロピー符号化するエントロピー符号化処理部である。具体的なエントロピー符号化は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　予測値生成処理部１０７は、近傍ブロックの動きベクトルの第二成分を入力し、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する予測値を生成する。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、空間メディアン予測を適用可能である。
　差分値生成処理部１０８は、符号化対象ブロックＭＶ記憶部１００に記憶された符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分及び予測値生成処理部１０７から出力した第二成分に対する予測値を入力し、両者の差分値を出力する。２進数変換処理部１０９は、差分値生成処理部１０８から出力された差分値を２進数列に変換する。２進数列への具体的な変換は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号が用いる。エントロピー符号化処理部１１０は、２進数変換処理部１０９から出力された２進数列をエントロピー符号化する。具体的なエントロピー符号化は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　次に、図４を参照して、図３に示すベクトル予測処理部３０の処理動作を説明する。図４は、図３に示すベクトル予測処理部３０の処理動作を示すフローチャートである。まず、予測値生成処理部１０３は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込み（ステップＳ１）、近傍ブロックの動きベクトルの第一成分から、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する予測値を生成する（ステップＳ２）。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測を適用できる。
　次に、差分値生成処理部１０４は、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分と同成分の予測値から、両者の差分値を生成する（ステップＳ３）。続いて、２進数変換処理部１０５は、生成された差分値を２進数列に変換する（ステップＳ４）。２進数列への具体的な変換は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を用いる。エントロピー符号化処理部１０６は、２進数列をエントロピー符号化して出力する（ステップＳ５）。具体的なエントロピー符号化は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　この動作と並行して、予測値生成処理部１０７は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込み、近傍ブロックの動きベクトルの第二成分から、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する予測値を生成する（ステップＳ６）。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測を適用できる。
　次に、差分値生成処理部１０８は、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分と同成分の予測値から、両者の差分値を生成する（ステップＳ７）。続いて、２進数変換処理部１０９は、生成された差分値を２進数列に変換する（ステップＳ８）。２進数列への具体的な変換は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を用いる。エントロピー符号化処理部１１０は、２進数列をエントロピー符号化して出力する（ステップＳ９）。具体的なエントロピー符号化は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　次に、図５を参照して、図３に示すベクトル予測処理部３０を変形した構成を説明する。図５は、図３に示すベクトル予測処理部３０を変形した構成を示すブロック図である。
　図５において、図３に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が図３に示す装置と異なる点は、第一成分に対する差分値生成処理部１１１、第二成分の確率密度関数推定処理部１１２及び２進数変換マップ生成処理部１１３が設けられている点である。
　第一成分に対する差分値生成処理部１１１は、近傍ブロックＭＶ記憶部１０２に記憶された各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分及び符号化対象ブロックＭＶ記憶部１００に格納された符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分を読み込み、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分の差分値を出力する。第二成分の確率密度関数推定処理部１１２は、出力された差分値及び各近傍ブロックの動きベクトルの第二成分から、式（１）に従い、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分の確率密度関数を出力する。また、一般化ガウス分布を規定するパラメータｑ、λは外部から与えれるものとする。
　２進数変換マップ生成処理部１１３は、出力された確率密度関数を用いて、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分の候補値を発生確率によって降順にソートし、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する全候補ベクトル内の順位を求める。２進数変換処理部１０９は、２進数変換マップ生成処理部１１３において求めた動きベクトルの第二成分に対する順位を入力し、同順位を２進数に変換する。同順位の値に対する具体的な２進数列の割当は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を用いる。
　次に、図６を参照して、図５に示すベクトル予測処理部３０の処理動作を説明する。図６は、図５に示すベクトル予測処理部３０の処理動作を示すフローチャートである。まず、予測値生成処理部１０３は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込み（ステップＳ１）、近傍ブロックの動きベクトルの第一成分から、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する予測値を生成する（ステップＳ２）。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測を適用できる。
　次に、差分値生成処理部１０４は、符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分と同成分の予測値から、両者の差分値を生成する（ステップＳ３）。続いて、２進数変換処理部１０５は、生成された差分値を２進数列に変換する（ステップＳ４）。２進数列への具体的な変換は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を用いる。エントロピー符号化処理部１０６は、２進数列をエントロピー符号化して出力する（ステップＳ５）。具体的なエントロピー符号化は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　この動作と並行して、第一成分に対する差分値生成処理部１１１は、近傍ブロックとして指定された各ブロックの動きベクトルの第一成分及び符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分を読み込み、符号化対象ブロックの動きベクトルに対する各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分差分値を出力する（ステップＳ６１）。続いて、第二成分の確率密度関数推定処理部１１２は、各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分差分値ｅｘ （ｍ）及び各近傍ブロックの動きベクトルの第二成分ｕy （ｍ）（ｍ＝０，…，Ｍ－１　とする）を入力し、式（１）に従い、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分の確率密度関数を出力する（ステップＳ７１）。一般化ガウス分布を規定するパラメータｑ、λは外部から与えられるものとする。
　次に、２進数変換マップ生成処理部１１３は、出力された確率密度関数を入力し、同確率密度関数を用いて、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分の候補値を発生確率によって降順にソートし、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する全候補内の順位を求める（ステップＳ７２）。そして、２進数変換処理部１０９は、符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分及び同第二成分に対して、求めた順位に基づいて同第二成分を２進数に変換する（ステップＳ８１）。ソート後の値に対する具体的な２進数列の割当は、符号化時に与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号を用いる。エントロピー符号化処理部１１０は、２進数列をエントロピー符号化して出力する（ステップＳ９）。
　次に、図７を参照して、図２に示す動きベクトル予測処理部２８の構成を説明する。図７は、図２に示す動きベクトル予測処理部２８の構成を示すブロック図である。この図において、符号２０１は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込む近傍ブロックＭＶ読込処理部である。近傍ブロックＭＶ記憶部２０２は、読み込んだ近傍ブロックの動きベクトルを記憶する。予測値生成処理部２０３は、近傍ブロックＭＶ記憶部２０２に記憶された近傍ブロックの動きベクトルの第一成分を入力し、復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する予測値を生成する。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測が適用できる。
　エントロピー復号処理部２０４は、符号化データ記憶部２００に記憶された動きベクトルの第一成分に関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成する。具体的なエントロピー復号処理は、復号時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。２進数逆変換処理部２０５は、出力された２進数列を第一成分差分値に変換する。加算処理部２０６は、出力された２進数列及び予測値生成処理部２０３から出力された予測値を入力し、両者を加算し、動きベクトルの第一成分を出力する。
　予測値生成処理部２０７は、近傍ブロックＭＶ記憶部２０２に記憶された近傍ブロックの動きベクトルの第二成分を入力し、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する予測値を生成する。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測が適用できる。
　エントロピー復号処理部２０８は、符号化データ記憶部２００に記憶された動きベクトルの第二成分に関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成する。具体的なエントロピー復号処理は、復号時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。２進数逆変換処理部２０９は、出力された２進数列を第二成分差分値に変換する。加算処理部２１０は、出力された２進数列及び予測値生成処理部２０７から出力された予測値を入力し、両者を加算し、動きベクトルの第二成分を出力する。
　次に、図８を参照して、図７に示す動きベクトル予測処理部２８の処理動作を説明する。図８は、図７に示す動きベクトル予測処理部２８の処理動作を示すフローチャートである。まず、予測値生成処理部２０３は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込む（ステップＳ１１）。エントロピー復号処理部２０４は、第一成分の動きベクトルに関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成して出力する（ステップＳ１２）。具体的なエントロピー復号処理は、復号時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　次に、２進数逆変換処理部２０５は、２進数列を逆変換し、第一成分差分値を出力する（ステップＳ１３）。２進数列の具体的な逆変換は、別途、与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号の符号表を用いる。続いて、予測値生成処理部２０３は、近傍ブロックの動きベクトルの第一成分から、復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する予測値を生成する（ステップＳ１４）。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測を適用できる。そして、加算処理部２０６は、出力された第一成分差分値及び出力された予測値を入力し、両者を加算して、加算値を復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分として出力する（ステップＳ１５）。
　この動作と並行して、予測値生成処理部２０７は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込む（ステップＳ１１）。エントロピー復号処理部２０８は、第二成分の動きベクトルに関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成して出力する（ステップＳ１６）。具体的なエントロピー復号処理は、復号時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　次に、２進数逆変換処理部２０９は、２進数列を逆変換し、第二成分差分値を出力する（ステップＳ１７）。２進数列の具体的な逆変換は、別途、与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号の符号表を用いる。続いて、予測値生成処理部２０７は、近傍ブロックの動きベクトルの第二成分から、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する予測値を生成する（ステップＳ１８）。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測を適用できる。そして、加算処理部２１０は、出力された第二成分差分値及び出力された予測値を入力し、両者を加算して、加算値を復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分として出力する（ステップＳ１９）。
　次に、図９を参照して、図７に示すベクトル予測処理部２８を変形した構成を説明する。図９は、図７に示すベクトル予測処理部２８を変形した構成を示すブロック図である。
　この図において、図７に示す装置と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。この図に示す装置が図７に示す装置と異なる点は、第一成分に対する差分値生成処理部２１１、第二成分の確率密度関数推定処理部２１２及び変換マップ生成処理部２１３が設けられている点である。
　第一成分に対する差分値生成処理部２１１は、近傍ブロックＭＶ記憶部２０２に記憶された各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分及び符号化データ記憶部２００に記憶された復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分を入力し、復号対象ブロックの動きベクトル対する各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分差分値を出力する。第二成分の確率密度関数推定処理部２１２は、各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分差分値及び各近傍ブロックの動きベクトルの第二成分を入力し、式（１）に従い、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分の確率密度関数を出力する。また、一般化ガウス分布を規定するパラメータｑ、λは外部から与えられるものとする。
　変換マップ生成処理部２１３は、出力された確率密度関数を入力し、同確率密度関数を用いて、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分の候補値を発生確率によって降順にソートし、同第二成分の全候補値の順位と同第二成分の対応関係（変換マップ）を求める。
　エントロピー復号処理部２０８は、符号化データ記憶部２００に記憶された動きベクトルの第二成分に関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成する。具体的なエントロピー復号処理は、復号時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。２進数変換処理部２０９は、出力された同第二成分に関する２進数列を逆変換し、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する全候補ベクトル内の順位を算出する。この逆変換は、符号化時に用いた符号表（例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号）を逆引きすることで実現する。さらに、算出された同順位、及び変換マップを入力として、同順位の情報を復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分に変換する。
　次に、図１０を参照して、図９に示すベクトル予測処理部２８の処理動作を説明する。
　図１０は、図９に示すベクトル予測処理部２８の処理動作を示すフローチャートである。
　まず、予測値生成処理部２０３は、指定された近傍ブロックの動きベクトルを読み込む（ステップＳ１１）。エントロピー復号処理部２０４は、第一成分の動きベクトルに関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成して出力する（ステップＳ１２）。具体的なエントロピー復号処理は、復号時に与えられるものとする。例えば、Ｈ．２６４／ＡＶＣで採用されたＣＡＢＡＣを用いる。
　次に、２進数逆変換処理部２０５は、２進数列を逆変換し、第一成分差分値を出力する（ステップＳ１３）。２進数列の具体的な逆変換は、別途、与えられるものとする。例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号の符号表を用いる。続いて、予測値生成処理部２０３は、近傍ブロックの動きベクトルの第一成分から、復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分に対する予測値を生成する（ステップＳ１４）。予測値の生成方法は、予め与えられるものとし、例えば、前述の空間メディアン予測を適用できる。そして、加算処理部２０６は、出力された第一成分差分値及び出力された予測値を入力し、両者を加算して、加算値を復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分として出力する（ステップＳ１５）。
　この動作と並行して、エントロピー復号処理部２０８は、第二成分の動きベクトルに関する符号化データを入力し、エントロピー復号処理を行い、２進数列を生成して出力する（ステップＳ１６）。第一成分に対する差分値生成処理部２１１は、近傍ブロックとして指定された各ブロックの動きベクトルの第一成分及び復号対象ブロックの動きベクトルの第一成分を入力し、復号対象ブロックの動きベクトルに対する各近傍ブロックの動きベクトルの第一成分差分値を出力する（ステップＳ１７１）。
　次に、第二成分の確率密度関数推定処理部２１２は、出力された差分値及び各近傍ブロックの動きベクトルの第二成分を入力し、式（１）に従い、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分の確率密度関数を推定して出力する（ステップＳ１７２）。また、一般化ガウス分布を規定するパラメータｑ、λは外部から与えられるものとする。続いて、変換マップ生成処理部２１３は、出力された確率密度関数を用いて、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分の候補値を発生確率によって降順にソートし、同第二成分の全候補値の順位と同第二成分の対応関係（変換マップ）を生成する（ステップＳ１８１）。
　次に、２進数変換処理部２０９は、ステップＳ１６で出力された同第二成分に関する２進数列を逆変換し、復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分に対する全候補ベクトル内の順位を算出する。この逆変換は、符号化時に用いた符号表（例えば、Ｇｏｌｏｍｂ符号やＥｘｐ－Ｇｏｌｏｍｂ符号）を逆引きすることで実現する。さらに、算出された同順位、及び変換マップを入力として、同順位の情報を復号対象ブロックの動きベクトルの第二成分に変換する（ステップＳ１９１）。
　次に、図１２を参照して、図１、図２に示す動画像符号化装置、動画像復号装置を含む画像伝送システムの構成を説明する。図１２は、画像伝送システムの構成を示すブロック図である。図１２において、動画像入力部６０１は、カメラ等で撮像した動画像を入力する。動画像符号化装置６０２は、図１に示す動画像符号化装置で構成し、動画像入力部６０１によって入力した動画像を符号化して送信する。伝送路６０３は、動画像符号化装置６０２から送信された符号化動画像のデータを伝送する。動画像復号装置６０４は、図２に示す動画像復号装置で構成され、伝送路６０３によって伝送された符号化動画像のデータを受信し、符号化動画像のデータを復号して出力する。動画像出力部６０５は、動画像復号装置６０４において復号された動画像を表示装置等へ出力する。
　次に、図１２に示す画像伝送システムの動作を説明する。動画像符号化装置６０２は、動画像入力部６０１を介して、動画像のデータを入力し、動画像のフレーム毎に、前述した処理動作によって符号化を行う。そして、動画像符号化装置６０２は、符号化した動画像データを伝送路６０３を介して動画像復号装置６０４に対して送信する。動画像復号装置６０４は、この符号化動画像データを前述した処理動作によって復号し、動画像出力部６０５を介して、表示装置等に動画像を表示する。
　以上説明したように、動きベクトルの第一成分値を利用して、第二成分値の符号化を行うようにしたため、第二成分値の符号量を削減することが可能となり、動画像符号化処理における発生符号化量を低減することができる。
　なお、図１における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより画像符号化処理及び画像復号処理を行ってもよい。
なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
　また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
　本発明に係わる動画像符号化装置は、動きベクトルの符号化効率を向上させ、動きベクトルの符号量を従来技術よりも削減することが不可欠な用途に適用できる。
　１　　動画像符号化装置
　２　　動画像復号装置
　１００　　符号化対象ブロックＭＶ記憶部
　１０１　　近傍ブロックＭＶ読込処理部
　１０２　　近傍ブロックＭＶ記憶部
　１０３　　予測値生成処理部
　１０４　　差分値生成処理部
　１０５　　２進数変換処理部
　１０６　　エントロピー符号化部
　１０９　　２進数変換処理部
　１１０　　エントロピー符号化処理部
　１１１　　第一成分に対する差分値生成処理部
　１１２　　第二成分の確率密度関数推定処理部
　１１３　　２進数変換マップ生成処理部
　２００　　符号化データ記憶部
　２０１　　近傍ブロックＭＶ読込処理部
　２０２　　近傍ブロックＭＶ記憶部
　２０３　　予測値生成処理部
　２０４　　エントロピー復号処理部
　２０５　　２進数逆変換処理部
　２０６　　加算処理部
　２０８　　エントロピー復号処理部
　２０９　　２進数変換処理部
　２１１　　第一成分に対する差分値生成処理部
　２１２　　第二成分の確率密度関数推定処理部
　２１３　　変換マップ生成処理部

Claims (6)

  1. 　画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いた動画像符号化装置であって、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値との差分値である前記第一成分の差分値を求め、求められた前記第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化部と、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値の符号語を定め、前記第二成分値を符号化する第二成分符号化部と
    　を備えた動画像符号化装置。
  2. 　画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いて符号化された前記画像の復号を行う動画像復号装置であって、
    　第一成分の差分値を復号し、前記近傍ブロックの動きベクトルの第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記第一成分の差分値とを加算して前記第一成分値を生成する第一成分復号部と、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値と前記第二成分値の符号語との対応関係を同定し、符号化データとして与えられた前記第二成分値の符号語を前記第二成分値へ復号する第二成分復号部と
    　を備えた動画像復号装置。
  3. 　画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いた動画像符号化方法であって、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値との差分値である前記第一成分の差分値を求め、前記第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化ステップと、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値の符号語を定め、前記第二成分値を符号化する第二成分符号化ステップと
    　を有する動画像符号化方法。
  4. 　画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いて符号化された前記画像の復号を行う動画像復号方法であって、
    　第一成分の差分値を復号し、前記近傍ブロックの動きベクトルの第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記第一成分の差分値とを加算して前記第一成分値を生成する第一成分復号ステップと、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値と前記第二成分値の符号語との対応関係を同定し、符号化データとして与えられた前記第二成分値の符号語を前記第二成分値へ復号する第二成分復号ステップと
    　を有する動画像復号方法。
  5. 　画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いた動画像符号化装置上のコンピュータに画像符号化処理を行わせる動画像符号化プログラムであって、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値との差分値である前記第一成分の差分値を求め、前記第一成分の差分値を符号化する第一成分符号化ステップと、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と、前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値の符号語を定め、前記第二成分値を符号化する第二成分符号化ステップと
    　を行わせる動画像符号化プログラム。
  6. 　画像を所定サイズのブロックに分割し、符号化対象ブロックと近傍ブロックの間における動きベクトルの複数の成分値のうち、一方の成分値を第一成分値とし、他方の成分値を第二成分値とし、前記第一成分値と前記第二成分値とをそれぞれ符号化することにより前記ブロック毎の動き補償フレーム間予測を用いて符号化された前記画像の復号を行う動画像復号装置上のコンピュータに画像復号処理を行わせる動画像復号プログラムであって、
    　第一成分の差分値を復号し、前記近傍ブロックの動きベクトルの第一成分値から生成した前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第一成分値の予測値と、前記第一成分の差分値とを加算して前記第一成分値を生成する第一成分復号ステップと、
    　前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第一成分値と、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの前記第一成分値との差分値と前記近傍ブロックの動きベクトルの前記第二成分値に基づき、前記符号化対象ブロックの動きベクトルの第二成分値の候補値に対する発生確率を求め、前記発生確率に基づき、前記第二成分値と前記第二成分値の符号語との対応関係を同定し、符号化データとして与えられた前記第二成分値の符号語を前記第二成分値へ復号する第二成分復号ステップと
    　を行わせる動画像復号プログラム。
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