WO2013065524A1 - 画像符号化装置 - Google Patents

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WO2013065524A1
WO2013065524A1 PCT/JP2012/077331 JP2012077331W WO2013065524A1 WO 2013065524 A1 WO2013065524 A1 WO 2013065524A1 JP 2012077331 W JP2012077331 W JP 2012077331W WO 2013065524 A1 WO2013065524 A1 WO 2013065524A1
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encoding
vector
motion
prediction
block
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PCT/JP2012/077331
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昌史 高橋
信博 知原
山口 宗明
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株式会社日立国際電気
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    • H04N19/503Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51Motion estimation or motion compensation
    • H04N19/56Motion estimation with initialisation of the vector search, e.g. estimating a good candidate to initiate a search

Definitions

  • the present invention relates to an image encoding device that encodes an image.
  • Encoding methods such as MPEG (Moving Picture Experts Group) method have been formulated as a method for recording and transmitting large-capacity moving image information as digital data.
  • MPEG-1 standard MPEG-2 standard
  • MPEG-4 It is an international standard encoding method such as the H.264 / AVC (Advanced Video Coding) standard.
  • H.264 / AVC Advanced Video Coding
  • an encoding target image (hereinafter simply referred to as “target image”) that is an encoding target using image information (hereinafter referred to as “decoded image” or “reference image”) for which encoding processing has been completed.
  • the amount of code is reduced by excluding the redundancy of the moving picture by encoding the difference from the original picture (hereinafter referred to as “prediction difference” as appropriate).
  • inter-screen prediction also referred to as inter-frame prediction
  • target an encoding target block in the reference image (decoded image).
  • a reference block that has a high correlation with the block (hereinafter referred to as a “block”)
  • a motion vector expressed as a difference between the coordinate value of the target block and the coordinate value of the reference block is encoded.
  • the motion vector of the target block is predicted from the motion vectors of the blocks located around the target block (hereinafter referred to as “prediction vector”), and the difference from this prediction vector is encoded (for example, Patent Document 1). Since the amount of generated code varies greatly depending on the value of the prediction vector, motion search processing for searching for a reference block having a high correlation with the target block from the reference image, and an optimal prediction method (intra-screen prediction or inter-screen prediction) When the mode selection process for determining the code is performed, the generated code amount may be estimated by referring to the difference value. Furthermore, in order to improve the accuracy of motion search, the search start point may be determined using the prediction vector values of the neighboring blocks.
  • Non-Patent Document 1 In recent years, development of LSIs dedicated to image processing compliant with standards such as H.264 / AVC has been progressing (for example, Non-Patent Document 1).
  • block size information of the target block and information on the size and motion vector of a block (peripheral block) located around the target block are required.
  • the encoding process is affected by the pipeline processing performance, such as when implementing an encoder using LSI hardware technology, the encoding of the peripheral block is still completed during the encoding process of the target block.
  • necessary information such as block sizes and motion vectors of peripheral blocks cannot be acquired.
  • the size of the target block is determined when performing the motion search. There may be no.
  • the present invention provides an image encoding device that can avoid a reduction in accuracy of motion search processing and mode selection processing by appropriately estimating various information necessary for calculating a prediction vector.
  • the purpose is to provide.
  • a motion vector of a coding target region that is a region in a target image to be coded is searched, and based on the motion vector of the coding target region.
  • An image encoding apparatus that encodes an image by performing inter-screen prediction of the target image, and is a motion vector of the predicted encoding target region, and is located around the encoding target region
  • a motion vector search start point of the coding target region is determined from a prediction vector that is a motion vector determined according to a predetermined rule determined in advance using motion vectors of peripheral blocks, and from the search start point
  • a motion search unit that starts a search for a motion vector in the encoding target region; and when calculating the prediction vector according to the predetermined rule, Cannot be obtained, a prediction vector is calculated by determining the size of the encoding target region from the size of the encoded region other than the encoding target region in the target image, and the motion vector of the peripheral block is calculated.
  • a prediction vector estimation unit that calculates the prediction vector from a motion vector of an encoded region other than the encoding target region in the target image, and a search by the motion search unit
  • an image encoding device including a variable length encoding unit that encodes a difference value between a motion vector of the encoding target region and the prediction vector.
  • the prediction vector estimation unit uses the size information of the surrounding blocks according to a predetermined rule.
  • the block size of the encoding target area may be determined.
  • the prediction vector estimation unit when it is not possible to acquire at least one of the motion vectors of the peripheral blocks, a plurality of codes other than the encoding target region in the target image
  • the motion vector of the plurality of encoded regions may be used to determine which motion vector is used to calculate the prediction vector based on the variance value of the motion vector of the encoded region.
  • the figure which shows the method in which the prediction vector estimation part in the image coding apparatus which concerns on one Embodiment calculates the prediction vector for encoding the motion vector of the 8x8 block located in the upper left in a target block.
  • the flowchart which shows the process sequence which the prediction vector estimation part in the image coding apparatus which concerns on one Embodiment performs.
  • the encoding process is a macro composed of 16 ⁇ 16 pixels (horizontal pixels ⁇ vertical pixels, the same applies hereinafter) with respect to the target image 10 according to the raster scan order indicated by the arrow 101. It is executed in units of blocks (MB: MacroBlock) 102.
  • the shaded portion indicates a region (encoded region) 103 that has already been encoded, and the other portion indicates a region that has not been encoded (unencoded). Region) 104 is shown.
  • FIG. 2 is a diagram conceptually illustrating the operation of the inter-screen prediction process based on H.264 / AVC.
  • a decoded image (reference image) 20 which is an image included in the same video 30 as the encoding target image 10 and is another encoded image, is referred to.
  • a region (reference block) 202 having a high correlation with the target block 102 to be predicted is searched from the reference image 20 (motion search).
  • MV Motion Vector
  • a decoded image can be acquired by adding the decoded prediction difference to the reference block (predicted image) 202 in the reference image 20.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a division pattern of the macroblock 102 that is allowed when performing inter-screen prediction.
  • all the macroblocks 102 in the target image 10 can be predicted by selecting an optimum one from among predetermined division patterns from 4 ⁇ 4 pixel size to 16 ⁇ 16 pixel size. is there.
  • the division pattern of the macroblock 102 is 16 ⁇ 16, 8 ⁇ 16, 16 ⁇ 8, 8 ⁇ 8, 4 ⁇ 8, 8 ⁇ 4, 4 ⁇ , as shown in FIG. There may be a division pattern of 4 pixels size.
  • FIG. 4 is a diagram conceptually illustrating a prediction vector (PMV: Predictive MV) necessary for encoding a motion vector.
  • Motion vector of the target block 102 the peripheral block coding is complete (left of the target block, on the upper right block) motion vector MV A of, MV B, the difference between the predicted vector which is a median value of MV C
  • Motion vector MV C is in the case of unavailable, the motion vector MV D of the upper left block of the target block is substituted.
  • the position of a block that refers to a motion vector is strictly determined, but the position differs depending on the division pattern of the target block.
  • the motion vector is encoded as a difference value from the prediction vector, the amount of generated code varies greatly depending on the accuracy of the prediction vector. Therefore, in order to realize high coding efficiency, it is necessary to estimate the code amount with reference to the value of the prediction vector during motion search processing and mode selection processing.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating two examples in the case where a prediction vector cannot be calculated during motion search processing or mode selection processing.
  • the first example is the following case. For example, in an encoder or the like that first performs a motion search in units of fine blocks and determines the division pattern of the target block based on the search result, the size of the target block 102 may not be determined during the motion search process (see FIG. 5 (1)).
  • the second example is the following case.
  • the encoder is affected by pipeline processing, such as when the LSI is mounted, the encoding of the peripheral block is not completed in the middle of the encoding process, and the motion vector of the peripheral block to be referenced is determined. There may be no (FIG. 5 (2)).
  • the image coding apparatus can deal with two patterns in which such a prediction vector cannot be calculated.
  • FIG. 6 shows a configuration example of the image encoding device according to the present embodiment.
  • the image encoding device 1 includes an input image memory 210, a block dividing unit 211, an intra-screen prediction unit 213, a motion search unit 212, an inter-screen prediction unit 214, and a mode selection unit. 215, subtractor 216, frequency converter 217, quantization processor 218, variable length encoder 219, inverse quantization processor 220, inverse frequency converter 221 and adder 222, see An image memory 223 and a prediction vector estimation unit 224 are included.
  • the input image memory 210 holds the input original image 40.
  • the block dividing unit 211 divides the original image 40 into small areas having a predetermined size.
  • the intra-screen prediction unit 213 performs intra-screen prediction for each block divided by the block division unit 211.
  • the inter-screen prediction unit 214 performs inter-screen prediction on a block basis based on the motion amount (motion vector) detected by the motion search unit 212.
  • the mode selection unit 215 determines a prediction mode (prediction method and block size) that matches the nature of the image.
  • the subtraction unit 216 generates a prediction difference.
  • the frequency conversion unit 217 and the quantization processing unit 218 perform encoding on the generated prediction difference.
  • the variable length coding unit 219 performs adaptive coding according to the code generation probability.
  • the inverse quantization processing unit 220 and the inverse frequency conversion unit 221 decode the prediction difference encoded by the frequency conversion unit 217 and the quantization processing unit 218.
  • the adding unit 222 generates a decoded image using the decoded prediction difference.
  • the reference image memory 223 is a memory for holding the generated decoded image and using it for later intra prediction or inter prediction.
  • the prediction vector estimation unit 224 estimates a prediction vector.
  • the input image memory 210 holds one image among the images included in the original image 40 as the encoding target image 10.
  • the encoding target image 10 is divided into fine blocks by the block dividing unit 211 and output to the motion search unit 212, the intra-screen prediction unit 213, and the inter-screen prediction unit 214.
  • the motion search unit 212 calculates the amount of motion of the target block 102 using the decoded decoded image (reference image 20) stored in the reference image memory 223, and outputs the motion vector to the inter-screen prediction unit 214. To do.
  • the intra-screen prediction unit 213 and the inter-screen prediction unit 214 execute the intra-screen prediction process and the inter-screen prediction process in units of several blocks, respectively, and the mode selection unit 215 selects an optimal prediction mode. Then, select either intra-screen prediction or inter-screen prediction.
  • the subtraction unit 216 generates a prediction difference by the optimum prediction encoding means (the intra-screen prediction unit 213 or the inter-screen prediction unit 214) selected by the mode selection unit 215, and passes it to the frequency conversion unit 217.
  • the frequency conversion unit 217 and the quantization processing unit 218 perform frequency conversion and quantization processing such as DCT (Discrete Cosine Transform) on a block basis of a specified size for the prediction difference that has been sent, and make variable The result is output to long encoding section 219 and inverse quantization processing section 220.
  • the variable length coding unit 219 performs coding on header information such as quantized transform coefficients and motion vectors based on the probability of code generation to generate a coded stream 50.
  • the inverse quantization processing unit 220 and the inverse frequency transform unit 221 perform inverse frequency transforms such as inverse quantization and inverse DCT on the quantized frequency transform coefficients, respectively, obtain a prediction difference, and add an addition unit. It outputs to 222. Subsequently, the addition unit 222 adds the predicted image output from the mode selection unit 215 and the decoded prediction difference output from the inverse frequency transform unit 221 to generate a decoded image (reference image 20). . Then, the generated decoded image is stored in the reference image memory 223.
  • the prediction vector estimation unit 224 estimates the information and calculates the prediction vector. Note that the motion search unit 212 and the mode selection unit 215 use the prediction vector value estimated by the prediction vector estimation unit 224 to determine code amount prediction, search start point, and mode selection.
  • the image encoding apparatus 1 described above can be realized by an image processing LSI as described in Non-Patent Document 1, for example.
  • it can be realized by a general computer having a memory such as a superscaler, a multi-core CPU (Central Processing Unit), and a RAM (Random Access Memory). That is, the function of each component of the image encoding device 1 is, for example, the case where the CPU reads out and executes the program on the memory, or the logic that has been gate-leveled through behavioral synthesis or logic synthesis is changed to FPGA (Field Programmable). It can also be realized by performing calculations in (Gate Array).
  • the image encoding device 1 performs prediction when the size of the target block is uncertain or when the motion vector of the peripheral block to be referred to is not determined.
  • the vector estimation unit 224 is characterized in that the prediction vector is calculated by predicting information necessary for calculating the prediction vector.
  • the process which the prediction vector estimation part 224 performs is demonstrated in detail.
  • the prediction vector estimation unit 224 estimates the macro block division pattern and temporarily determines the size of the target block 102, thereby predicting the target block 102. Allows calculation of vectors.
  • FIG. 7 illustrates a procedure in which the prediction vector estimation unit 224 determines whether to integrate the small blocks in the target block 102 (integration determination) with reference to the division pattern of the neighboring blocks that have been encoded.
  • the final block division pattern is estimated by repeating integration determination according to a predetermined criterion (hereinafter referred to as “integration determination criterion”).
  • integration determination criterion a predetermined criterion
  • the size of the small block may be 4 ⁇ 4, or when a standard other than H.264 / AVC is used, that is, a small block group corresponding to a macroblock in the standard. If the size is other than 16 ⁇ 16, any size such as 2 ⁇ 2 or 16 ⁇ 16 may be used.
  • the upper two small blocks a and b of the left adjacent macroblock 111 of the target block 102 are determined. It is only necessary to check whether both the set and the set of the lower two small blocks g and h of the upper adjacent macroblock 112 are integrated. Alternatively, as another criterion, when at least one of these is integrated, it may be determined that the small blocks (1) and (2) are integrated.
  • the small blocks (3) and (4) if the upper two small blocks c and d of the left adjacent macroblock 111 of the target block 102 are integrated, the small blocks (3) and (4) Is determined to be integrated.
  • the small blocks (2) and (4) As for the integration of the small blocks (2) and (4), if the two small blocks f and h on the right of the upper adjacent macroblock 112 of the target block 102 are integrated, the small blocks (2) and (4) Is determined to be integrated.
  • FIG. 8 shows that the prediction vector estimation unit 224 refers to only the macroblock 112 adjacent on the target block 102 when the encoding cannot be performed due to reasons such as the case where the encoding on the left macroblock 111 is incomplete. It is a figure explaining the example about the procedure which performs integrated determination.
  • the small blocks g and h when the small blocks g and h are integrated, the small blocks (1) and (2) and the small blocks (3) and (4) of the target block 102 are integrated. judge. When the small blocks e and g are integrated, the small blocks (1) and (3) of the target block 102 are integrated. When the small blocks f and h are integrated, the small blocks e and g of the target block 102 are integrated. It is determined that the blocks (2) and (4) are integrated.
  • the integrated determination criteria 301 and 302 may be anything as long as they refer to the peripheral blocks, and the position of the macro block to be referred to is not limited to the upper adjacent or the left adjacent. .
  • FIG. 9 shows an example of a method for estimating a macroblock (MB) division pattern based on the integrated determination result.
  • the division pattern of macroblocks is 16 ⁇ 16 (block 411), 16 ⁇ 8 (block 412), 8 ⁇ , as shown in FIG. There are four types, 16 (block 413) and 8 ⁇ 8 (block 414).
  • the integration determination for example, when the upper two small blocks (1) and (2) and the lower two small blocks (3) and (4) are integrated (target block 311), they are closest. Since the division pattern is 16 ⁇ 8 (block 412), this division pattern is selected.
  • the closest division pattern is , 16 ⁇ 8 (block 412), 8 ⁇ 16 (block 413), and 8 ⁇ 8 (block 414).
  • any one of them is determined by referring to another encoding parameter such as a bit rate, a quantization parameter, or a motion vector of a peripheral block.
  • a bit rate is high, it is effective to select a division pattern having a finer block size (for example, 8 ⁇ 8 (block 414)).
  • the prediction vector estimation unit 224 determines the block size of the target block 102 as described with reference to FIGS. 7 to 9, and calculates the prediction vector using the determined block size.
  • the prediction vector estimation unit 224 calculates a variance value by referring to a plurality of referable motion vectors of peripheral blocks located around the target block. Based on the variance value, a block to be referred to (hereinafter referred to as “substitution block”) is determined instead of a peripheral block (hereinafter referred to as “non-referenceable block”) from which motion vector information cannot be obtained. A prediction vector is calculated using motion vector information.
  • the variance of the motion vector when the variance of the motion vector is small, there are many large objects (drawn) in the vicinity of the target block, and even a block with a relatively large distance from the non-referenceable block is referred to In many cases, the correlation with the impossible block is high.
  • the variance value when the variance value is large, there are many small objects (drawn) in the vicinity of the target block, and a block having a large distance from the non-referenceable block has a correlation with the non-referenceable block. Expected to be low.
  • a prediction vector is estimated using a block having a short distance as an alternative block.
  • ACT MV is calculated, and if this is smaller than the threshold (FIG. 10 (1)), the prediction vector PMV MV1 is estimated using the motion vector MV a of the block in the same direction as the reference block on the left.
  • the prediction is performed using the motion vector MV d of the block having a smaller distance from the target block 102 (the adjacent block 113 in the upper left in this example). Estimate the vector PMV MV1 .
  • FIG. 10 is merely an example, and the position of the substitute block used instead of the unreferenceable block that has not been encoded and the calculation method of the variance are not limited to this example.
  • the threshold value to be compared with the variance value ACT MV may be set as a fixed value in advance, but may be determined adaptively according to the quantization parameter, the distance between the target block and the alternative block, or the like. Specifically, for example, when the quantization parameter is set to a large value, the prediction vector can be calculated with higher accuracy by setting the threshold value to a smaller value.
  • the prediction vector PMV MV1 is used to determine the search start point of motion search processing, or when it is used for code amount estimation in motion search processing, mode selection processing, etc.
  • the prediction vector PMV MV1 is calculated depending on its use.
  • the method may be changed.
  • the prediction vector used for estimating the code amount is calculated by the method according to the present embodiment, and the prediction vector for determining the starting point of the search process is efficiently used as it is the motion vector of the closest block.
  • a prediction vector can be calculated.
  • FIG. 11 is a flowchart showing an example of a prediction vector estimation process executed by the prediction vector estimation unit 224 of the image encoding device 1 according to this embodiment.
  • the prediction vector estimation unit 224 determines that the peripheral blocks that have been encoded (for example, the block 111 and the block 112 in FIG. Whether the small blocks in the target block are integrated according to the integration criteria (for example, the integration criteria 301 in FIG. 7 and the integration criteria 302 in FIG. 8). It is determined whether or not (step S102).
  • step S103 the division pattern closest to the integrated determination result in step S102 is selected (step S103).
  • a prediction vector is calculated using the block size of the target block determined by the division pattern selected in step S103 (step S104), and the process ends.
  • step S101 when the block size of the target block 102 is not undetermined in step S101 (step S101: No), but the motion vector of the peripheral block of the target block 102 (for example, block 111 in FIG. 10) is undetermined.
  • Step S105: Yes a variance value ACT MV of motion vectors of other peripheral blocks (for example, motion vectors MV a , MV b , MV c in FIG. 10) is calculated (Step S106).
  • step S106 When the variance value ACT MV calculated in step S106 is less than the predetermined threshold (step S107: Yes), the block in the direction closer to the non-referenceable block (for example, block 111 in FIG. 10) when viewed from the target block 102.
  • a prediction vector is calculated using (for example, block 111 ′ in FIG. 10) as an alternative block (step S108).
  • step S107 when the variance value ACT MV calculated in step S106 is greater than or equal to a predetermined threshold (step S107: No), the motion vector of the block having a smaller distance from the target block 102 (for example, block 111 in FIG. 10). MV d ) is used to calculate a prediction vector (step S109). If the motion vector of the peripheral block of the target block 102 is not undetermined in step S105 (step 105: No), the prediction vector is calculated by a method according to the standard (step S110).
  • prediction and frequency conversion are performed in units of blocks. However, for example, calculation may be performed in units of objects separated from the background of an image.
  • DCT is cited as an example of frequency transformation, but DST (Discrete Sine Transformation), WT (Wavelet Transformation), DFT (Discrete Fourier Transformation), Any orthogonal transformation used for removing correlation between pixels, such as KLT (Karhunen-Loeve Transformation), may be used.
  • KLT Kerhunen-Loeve Transformation
  • frequency conversion may be directly performed on an original image as in MPEG-1 or MPEG-2 intra coding. There is no need to perform variable length coding.
  • Appendix 1 The image coding according to any one of appendices 1 to 3, wherein the motion search unit determines a motion search start point based on the prediction vector calculated by the prediction vector estimation unit. apparatus.
  • Appendix 2 A mode selection unit for selecting one encoding mode from a plurality of encoding modes; The mode selection unit calculates a generated code amount from the prediction vector calculated by the prediction vector estimation unit, and selects the one coding mode based on the calculated generated code amount.
  • the image encoding device according to any one of appendices 1 to 4.
  • An image encoding device searches for a motion vector for each of blocks obtained by dividing an encoding target macroblock in a target image to be encoded with any of predetermined division patterns, and the motion vector
  • An image encoding device that encodes an image by performing inter-screen prediction of the target macroblock based on A motion vector search start point is determined from a prediction vector, which is a motion vector determined according to a predetermined rule using motion vectors of neighboring blocks adjacent to the block, and the code is determined from the search start point.
  • a motion search unit for starting a search for a motion vector of the region to be converted;
  • the prediction vector is calculated according to the predetermined rule, if a division pattern of the encoding target macroblock having the block is undetermined, a code other than the encoding target macroblock in the target image
  • a prediction vector is calculated by temporarily determining a division pattern of the encoding target region from the division pattern of the converted macroblock, and if at least one of the motion vectors of the peripheral blocks cannot be obtained, the code in the target image
  • a prediction vector estimation unit that calculates the prediction vector by substituting with a motion vector of a block outside the conversion target macroblock;
  • a variable length encoding unit that encodes a difference value between the motion vector of the encoding target area searched by the motion search unit and the prediction vector; The provisional decision is made by determining whether or not to integrate each pair of two blocks that are adjacent to each other when the target macroblock is divided by a predetermined division pattern.
  • the determination is determined to be the same or closest division pattern as the result of combining the determinations, and each of the determinations is performed for each block in the case where a surrounding macro block whose division pattern has already been determined is divided by the predetermined division pattern.
  • the prediction vector estimation unit includes at least three blocks included in a plurality of encoded macroblocks other than the encoding target macroblock in the target image.
  • the substitute motion vector is determined from among a plurality of candidates based on the result of comparing the variance value of the motion vector with a threshold value.
  • the variance value is obtained from the same number of motion vectors as the number of motion vectors used for calculation of the prediction vector when there is no motion vector that cannot be acquired, and the same number of motion vectors is used as a plurality of candidates for the substitute motion vector.
  • the prediction vector estimation unit uses the same number of blocks that have obtained the variance value when the variance value obtained from the motion vectors of the same number of blocks is less than a threshold value. To calculate a prediction vector
  • the present invention is suitable for H.264 / AVC, but is not limited to this.
  • For video compression using predictive coding such as H.262 / MPEG-2, MPEG-4, H.263, H.265 / HEVC, etc. Is available.

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Abstract

 マクロブロック(MB)単位のパイプライン処理を行う場合に、符号化が済んでいないMBを避けて予測ベクトルを適切に試算し、予測ベクトルを利用する動き探索処理やモード選択処理の精度を高めた画像符号化装置を提供する。符号化対象領域の周辺ブロックの動きベクトルを用いて所定の規則に応じて決定される符号化対象領域の予測ベクトルから、符号化対象領域の動きベクトルの探索開始点を決定し、探索開始点から動きベクトルの探索を開始する。また、予測ベクトルを算出する際に、符号化対象領域のサイズが取得できない場合には、符号化対象領域以外の符号化済み領域のサイズから符号化対象領域のサイズを決定して予測ベクトルを算出し、周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、符号化対象領域以外の符号化済み領域の動きベクトルから予測ベクトルを算出する。

Description

画像符号化装置
 本発明は、画像を符号化する画像符号化装置に関する。
 大容量の動画像情報をデジタルデータ化して記録、伝達する手法として、MPEG(Moving Picture Experts Group)方式等の符号化方式が策定されており、MPEG-1規格、MPEG-2規格、MPEG-4規格、H.264/AVC(Advanced Video Coding)規格等として国際標準の符号化方式となっている。これらの方式はデジタル衛星放送、DVD(Digital Versatile Disc)、携帯電話、デジタルカメラなどにおける符号化方式として採用されており、現在ますます利用の範囲が広がり、身近なものとなってきている。
 これらの規格では、符号化処理が完了した画像情報(以下、「復号画像」或いは「参照画像」という)を利用して符号化の対象である符号化対象画像(以下、単に「対象画像」という場合もある)をブロック単位で予測し、原画像との差分(以下、適宜「予測差分」という)を符号化することによって、動画像の持つ冗長性を除いて符号量を減らしている。特に、対象画像とは別の画像である復号画像を参照する画面間予測(フレーム間予測とも言われる)では、参照画像(復号画像)内において、対象画像の符号化対象ブロック(以下、「対象ブロック」という)と相関の高いブロック(以下、「参照ブロック」という)を指定することによって、高精度な予測を可能としている。その際、予測差分とは別に、対象ブロックの座標値と参照ブロックの座標値との差分として表される動きベクトルを符号化する。
 動きベクトルの符号化では、対象ブロックの周辺に位置するブロックの動きベクトルから対象ブロックの動きベクトルを予測し(以下、「予測ベクトル」という)、この予測ベクトルとの差分を符号化する(例えば、特許文献1)。予測ベクトルの値によっては、発生符号量が大きく異なるため、参照画像中から対象ブロックと相関の高い参照ブロックを探索するための動き探索処理や、最適な予測方法(画面内予測もしくは画面間予測)を決定するモード選択処理を行う際に、この差分値を参照して発生符号量を見積もることがある。さらに、動き探索の精度を高めるために、周辺ブロックの予測ベクトルの値を用いて探索開始点を決定することもある。
 また、近年、H.264/AVC等の標準規格に準拠した画像処理専用のLSIの開発が進んでいる(例えば、非特許文献1)。
特開2008-278091号公報
"標準技術集(システムLSIのレイアウト)データベース:画像処理用LSI/データ圧縮用LSI"、[online]、日本国特許庁、[平成23年10月11日検索]、インターネット<URL:http://www.jpo.go.jp/shiryou/toushin/chousa/0007.html>
 ところで、標準規格に準拠して予測ベクトルを算出するためには、対象ブロックのブロックサイズ情報、および対象ブロックの周辺に位置するブロック(周辺ブロック)のサイズと動きベクトルの情報が必要である。しかし、例えばLSIによるハードウェア技術を用いてエンコーダを実現する場合など、符号化処理がパイプライン処理性能の影響を受ける場合、対象ブロックの符号化処理の途中では、周辺ブロックの符号化が未だ完了しておらず、周辺ブロックのブロックサイズや動きベクトルなどの必要な情報が取得できない場合がある。また、処理量削減のため、例えば細かいブロック単位で動き探索を行い、それらの探索結果に基づいて対象ブロックのブロックサイズを決定する場合は、動き探索を行う際に対象ブロックのサイズが決定していない場合もある。
 こういった場合は予測ベクトルが参照できなくなり、動き探索処理やモード選択処理の精度低下による符号化効率の著しい劣化を招くという問題があった。
 そこで、本発明は上記課題に鑑み、予測ベクトルの算出に必要な諸情報を適切に推定することにより、動き探索処理やモード選択処理の精度低下を回避することを可能とする画像符号化装置を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明の一態様によれば、符号化を行う対象画像内の領域である符号化対象領域の動きベクトルを探索し、前記符号化対象領域の動きベクトルに基づいて前記対象画像の画面間予測を行うことによって画像の符号化を行う画像符号化装置であって、予測される前記符号化対象領域の動きベクトルであって、前記符号化対象領域の周辺に位置する周辺ブロックの動きベクトルを用いてあらかじめ定められた所定の規則に応じて決定される動きベクトルである予測ベクトルから、前記符号化対象領域の動きベクトルの探索開始点を決定し、前記探索開始点から前記符号化対象領域の動きベクトルの探索を開始する動き探索部と、前記所定の規則に応じて前記予測ベクトルを算出する際に、前記符号化対象領域のサイズが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象領域以外の符号化済み領域のサイズから前記符号化対象領域のサイズを決定して予測ベクトルを算出し、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象領域以外の符号化済み領域の動きベクトルから前記予測ベクトルを算出する予測ベクトル推定部と、前記動き探索部にて探索された前記符号化対象領域の動きベクトルと、前記予測ベクトルと、の差分値を符号化する可変長符号化部と、を有する画像符号化装置が提供される。
 この構成によれば、予測ベクトルを算出するために必要な情報が取得できないことにより予測ベクトルが参照できない場合でも、予測ベクトルの算出に必要な諸情報を適切に推定して予測ベクトルを算出することができる。これにより、動き探索処理やモード選択処理の精度低下を回避することができる。ひいては、符号化効率の低下を回避することが可能である。
 また、本発明の他の態様によれば、前記予測ベクトル推定部は、前記符号化対象領域のサイズが取得できない場合には、前記周辺ブロックのサイズ情報を用いて、あらかじめ定められた規則に従って、前記符号化対象領域のブロックサイズを決定するようになっていてもよい。
 この構成によれば、予測ベクトルを算出するために必要な符号化対象領域のサイズが取得できないことにより予測ベクトルが参照できない場合でも、予測ベクトルの算出に必要な諸情報を適切に推定して予測ベクトルを算出することができる。これにより、動き探索処理やモード選択処理の精度低下を回避することができる。ひいては、符号化効率の低下を回避することが可能である。
 また、本発明の他の態様によれば、前記予測ベクトル推定部は、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象領域以外の複数の符号化済み領域の動きベクトルの分散値に基づいて、前記複数の符号化済み領域の動きベクトルのうち、いずれの動きベクトルを用いて前記予測ベクトルを算出するかを決定するようになっていてもよい。
 この構成によれば、予測ベクトルを算出するために必要な周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できないことにより予測ベクトルが参照できない場合でも、予測ベクトルの算出に必要な諸情報を適切に推定して予測ベクトルを算出することができる。これにより、動き探索処理やモード選択処理の精度低下を回避することができる。ひいては、符号化効率の低下を回避することが可能である。
 本発明の一態様によれば、予測ベクトルを算出するために必要な情報が取得できないことにより予測ベクトルが参照できない場合でも、予測ベクトルの算出に必要な諸情報を適切に推定して予測ベクトルを算出することができる。これにより、動き探索処理やモード選択処理の精度低下を回避することが可能である。
H.264/AVCにおける動画像符号化処理について概念的に示す図。 H.264/AVCによる画面間予測処理について概念的に示す図。 H.264/AVCによる画面間予測において許容されるマクロブロックの分割パターンについて示す図。 H.264/AVCにおける予測ベクトルの計算方法を示す図。 予測ベクトルが正確に計算できない場合の一例を示す図。 本発明の一実施形態に係る画像符号化装置の機能ブロック図。 一実施形態に係る画像符号化装置における予測ベクトル推定部が対象ブロック内の小ブロックを統合するかどうかを判定する統合判定処理を示す図。 一実施形態に係る画像符号化装置における予測ベクトル推定部が対象ブロック内の小ブロックを統合するかどうかを判定する統合判定処理を示す図。 一実施形態に係る画像符号化装置における予測ベクトル推定部が統合判定結果に基づいてマクロブロック分割パターンを推定する方法を示す図。 一実施形態に係る画像符号化装置における予測ベクトル推定部が対象ブロック内において左上に位置する8×8ブロックの動きベクトルを符号化するための予測ベクトルを算出する方法を示す図。 一実施形態に係る画像符号化装置における予測ベクトル推定部が実行する処理手順を示すフロー図。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明において参照する各図では、他の図と同等部分は同一符号によって示される。
 (H.264/AVCにおける符号化処理)
 まず初めに、H.264/AVCにおける符号化処理と、その問題点について詳述する。
 H.264/AVCでは、符号化処理が完了した復号画像を利用して符号化の対象である符号化対象画像を予測し、この符号化対象画像と原画像との差分(予測差分)を符号化することによって、動画像の持つ冗長性を減らして符号量を削減している。また、H.264/AVCでは、動画像の局所的性質を利用するために、画像を細かく分割したブロック単位で予測が行われる。
 図1に示されるように、符号化処理は対象画像10に対して、矢印101で示されるラスタースキャンの順序に従い、16×16画素(横画素×縦画素。以下同様。)で構成されるマクロブロック(MB:MacroBlock)102の単位で実行される。なお、図1に示される対象画像10において、網掛け部分はすでに符号化が完了した領域(既符号化領域)103を示し、それ以外の部分は符号化が完了していない領域(未符号化領域)104を示している。
 また、予測方式には、大別して画面内予測と画面間予測が存在する。図2は、H.264/AVCによる画面間予測処理の動作について概念的に説明する図である。画面間予測を行う際には、符号化対象画像10と同じ映像30に含まれる画像であって、符号化済みの別画像である復号画像(参照画像)20を参照し、対象画像10中の予測対象である対象ブロック102と相関の高い領域(参照ブロック)202を参照画像20中から探索する(動き探索)。このとき、両ブロックの画像差分として計算される予測差分に加えて、両ブロックの位置座標値の差分として表される動きベクトル(MV:Motion Vector)105を符号化する。
 一方、復号化の際には上記の逆の手順が行われる。すなわち、復号化された予測差分を参照画像20中の参照ブロック(予測画像)202に加算することにより、復号画像を取得できる。
 また、H.264/AVCでは、マクロブロックをさらに小さなサイズのブロックに分割し、この分割されたブロック単位で上記の画面間予測(動き補償予測)を行うことができる。図3は、画面間予測を行う際に許容されているマクロブロック102の分割パターンについて示す図である。すなわち、対象画像10中のすべてのマクロブロック102は、あらかじめ定義された4×4画素サイズから16×16画素サイズまでの分割パターンの中から最適なものを選択して予測を行うことが可能である。
 なお、マクロブロック102の分割パターンとは、具体的には、図3に示されるように、16×16、8×16、16×8、8×8、4×8、8×4、4×4画素サイズの分割パターンがあり得る。
 図4は、動きベクトルを符号化する際に必要な予測ベクトル(PMV:Predictive MV)について、概念的に説明する図である。対象ブロック102の動きベクトルは、符号化が完了している周辺ブロック(対象ブロックの左、上、右上のブロック)の動きベクトルMVA,MVB,MVCの中間値である予測ベクトルとの差分が符号化される(ただし、動きベクトルMVCが利用不可の場合は、対象ブロックの左上のブロックの動きベクトルMVDが代用される)。ここで、H.264/AVC規格では、動きベクトルを参照するブロックの位置を厳密に定めているが、対象ブロックの分割パターンによってその位置は異なる。
 また、動きベクトルは予測ベクトルとの差分値として符号化されるため、予測ベクトルの精度によって発生符号量が大きく異なる。そのため、高い符号化効率を実現するためには、動き探索処理やモード選択処理時にこの予測ベクトルの値を参照して符号量を見積もることが必要である。
 図5は、動き探索処理やモード選択処理時に予測ベクトルが算出できない場合の2つの例について示す図である。1つ目の例は、以下のような場合である。例えば、最初に細かいブロック単位で動き探索を行い、その探索結果に基づいて対象ブロックの分割パターンを決定するエンコーダなどでは、動き探索処理時に対象ブロック102のサイズが決定していないことがある(図5(1))。
 また、2つ目の例は、以下のような場合である。エンコーダをLSI実装する際など、パイプライン処理の影響を受ける場合には、符号化処理の途中段階では周辺ブロックの符号化が完了しておらず、参照すべき周辺ブロックの動きベクトルが決定していないことがある(図5(2))。
 そこで、本実施形態に係る画像符号化装置は、このような予測ベクトルが算出できない2つのパターンに対処することを可能とするものである。
 (画像符号化装置の構成)
 図6は、本実施形態に係る画像符号化装置の構成例を示したものである。画像符号化装置1は、図6に示されるように、入力画像メモリ210と、ブロック分割部211と、画面内予測部213と、動き探索部212と、画面間予測部214と、モード選択部215と、減算部216と、周波数変換部217と、量子化処理部218と、可変長符号化部219と、逆量子化処理部220と、逆周波数変換部221と、加算部222と、参照画像メモリ223と、予測ベクトル推定部224とを有する。
 入力画像メモリ210は、入力された原画像40を保持する。ブロック分割部211は、原画像40を所定の大きさの小領域に分割する。画面内予測部213は、ブロック分割部211で分割されたブロック単位で画面内予測を行う。画面間予測部214は、動き探索部212にて検出された動き量(動きベクトル)に基づいてブロック単位で画面間予測を行う。モード選択部215は、画像の性質に合致する予測モード(予測方法およびブロックサイズ)を決定する。
 減算部216は、予測差分を生成する。周波数変換部217および量子化処理部218は、生成された予測差分に対して符号化を行う。可変長符号化部219は、符号の発生確率に応じた適応的符号化を行う。逆量子化処理部220および逆周波数変換部221は、周波数変換部217および量子化処理部218で符号化された予測差分を復号化する。加算部222は、復号化された予測差分を用いて復号画像を生成する。参照画像メモリ223は、生成された復号画像を保持して後の画面内予測または画面間予測に使用するためのメモリである。予測ベクトル推定部224は、予測ベクトルを推定する。
 なお、図6に示される構成のうち、予測ベクトル推定部224以外の構成においては、従来の画面内予測もしくは画面間予測における処理とほぼ同様の処理が実行される。ただし、動き探索部212とモード選択部215においては、予測ベクトル推定部224の出力に応じて処理を実行する。これら以外の構成の機能については公知の技術であるので、ここでは、簡単に説明する。
 入力画像メモリ210は、原画像40に含まれる画像のうち一枚の画像を符号化対象画像10として保持する。また、この符号化対象画像10は、ブロック分割部211にて細かいブロックに分割され、動き探索部212、画面内予測部213、および画面間予測部214に出力される。
 動き探索部212では、参照画像メモリ223に格納されている復号化済みの復号画像(参照画像20)を用いて、対象ブロック102の動き量を計算し、動きベクトルを画面間予測部214に出力する。また、画面内予測部213および画面間予測部214では、それぞれ画面内予測処理および画面間予測処理をいくつかの大きさのブロック単位で実行し、モード選択部215にて最適な予測モードを選んで、画面内予測もしくは画面間予測のいずれかを選択する。
 続いて、減算部216では、モード選択部215で選択された最適な予測符号化手段(画面内予測部213または画面間予測部214)による予測差分を生成し、周波数変換部217に渡す。周波数変換部217および量子化処理部218では、送られてきた予測差分に対して、指定された大きさのブロック単位でそれぞれDCT(離散コサイン変換)などの周波数変換および量子化処理を行い、可変長符号化部219および逆量子化処理部220に出力する。可変長符号化部219では、量子化済みの変換係数や動きベクトルなどのヘッダ情報について、符号の発生確率に基づき符号化を行って符号化ストリーム50を生成する。
 また、逆量子化処理部220および逆周波数変換部221では、量子化後の周波数変換係数に対して、それぞれ逆量子化および逆DCTなどの逆周波数変換を施し、予測差分を取得して加算部222に出力する。続いて、加算部222では、モード選択部215から出力される予測画像と、逆周波数変換部221から出力される復号化済みの予測差分とを加算して復号画像(参照画像20)を生成する。そして、生成された復号画像は、参照画像メモリ223に格納される。
 予測ベクトル推定部224は、H.264/AVC規格に準じて予測ベクトルを算出するための情報が取得できない場合に、これらの情報を推定して、予測ベクトルを算出する。なお、動き探索部212とモード選択部215では、予測ベクトル推定部224が推定した予測ベクトルの値を用いて符号量予測や探索開始点、モード選択の決定を行う。
 上記説明した画像符号化装置1は、例えば、非特許文献1に記載されたような画像処理用LSIによって実現可能である。もしくは、スーパスケーラやマルチコア型のCPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)等のメモリを有する一般的なコンピュータによっても実現可能である。つまり、画像符号化装置1の各構成の機能は、例えば、CPUがメモリ上のプログラムを読み出して実行することにより、もしくは、動作合成や論理合成を経てゲートレベル化されたロジックをFPGA(Field Programmable Gate Array)において演算することによっても実現可能である。
 本実施形態に係る画像符号化装置1は、図5を用いて上述したように、対象ブロックのサイズが未確定である場合や参照すべき周辺ブロックの動きベクトルが決定していない場合に、予測ベクトル推定部224において、予測ベクトルの算出に必要な情報を予測して予測ベクトルを算出する点が特徴である。以下、予測ベクトル推定部224が実行する処理について詳細に説明する。
 (対象ブロックのサイズが未確定である場合)
 図5(1)のように、対象ブロック102のサイズが未確定である場合、予測ベクトル推定部224は、マクロブロックの分割パターンを推定して対象ブロック102のサイズを仮決めすることにより、予測ベクトルの算出を可能とする。
 図7は、予測ベクトル推定部224が、符号化が完了している周辺ブロックの分割パターンを参照して対象ブロック102内の小ブロックを統合するかどうかの判定(統合判定)を行う手順について、その一例を説明する図である。ここでは、あらかじめ定められた基準(以下、「統合判定基準」という)に従って統合判定を繰り返すことにより、最終的なブロック分割パターンを推定する。また、同図は、対象ブロック102の左に隣接するマクロブロック111と上に隣接するマクロブロック112とを参照する場合の例について示している。本例では、理解を容易なものとするために、8×8サイズの小ブロックを用いて統合判定を行う場合について示す。
 なお、H.264/AVC規格の場合、小ブロックのサイズは、4×4としても良いし、H.264/AVC以外の規格を用いる場合、すなわち、その規格においてマクロブロックに相当する小ブロック群のサイズが16×16以外の場合には、2×2や16×16など、どのようなサイズを用いても良い。
 本例では、対象ブロック102の上2つの小ブロック(1)と(2)を統合するかどうかを判定するには、対象ブロック102の左隣接マクロブロック111の上2つの小ブロックaとbの組、および、上隣接マクロブロック112の下2つの小ブロックgとhの組の両方が、統合されているかどうかを確認すればよい。或いは別の判定基準として、これらのうち少なくとも一組が統合されている場合に、小ブロック(1)と(2)とを統合すると判定してもよい。
 また、小ブロック(3)と(4)の統合については、対象ブロック102の左隣接マクロブロック111の上2つの小ブロックcとdが統合されていれば、小ブロック(3)と(4)とを統合すると判定する。
 同様に、対象ブロック102の左2つの小ブロック(1)と(3)を統合するかどうかを判定するには、左隣接マクロブロック111の右2つの小ブロックbとdの組、および、上隣接マクロブロック112の下2つの小ブロックeとgの組の両方が、統合されているかどうかを確認すればよい。或いは他の判定基準として、これらのうち少なくとも一組が統合されている場合に、小ブロック(1)と(3)とを統合すると判定してもよい。
 また、小ブロック(2)と(4)の統合については、対象ブロック102の上隣接マクロブロック112の右2つの小ブロックfとhが統合されていれば、小ブロック(2)と(4)とを統合すると判定する。
 これらのルールは一般化するとおおよそ以下のように表現できる。即ち、対象ブロック102のある想定分割パターンにおいて隣接する2つの小ブロックNとMのペアを統合するか否かの判定は、既に分割パターンが決定している周辺のマクロブロックで同じ想定分割パターンで分割した各小ブロックの中から、その小ブロックNーMペアと並びが同じ方向で、その小ブロックNーMペアと隣接する小ブロックペアを見つけ、それらの統合状態(見つけた小ブロックペアが実際には1つの小ブロックか、或いは別々の小ブロックか)と一致させる。隣接する小ブロックペアが2つある場合、2つの統合状態の論理積或いは論理和を用いる。隣接する小ブロックペア2つの内一方は、小ブロックNーMペアの並びの延長線上にある。
 図8は、左隣のマクロブロック111に対する符号化が未完了の場合などの理由により利用できない場合に、予測ベクトル推定部224が、対象ブロック102の上に隣接するマクロブロック112のみを参照して統合判定を行う手順について、その一例を説明する図である。
 図8の統合判定基準302では、小ブロックgとhが統合されている場合には、対象ブロック102の小ブロック(1)と(2)、小ブロック(3)と(4)とを統合すると判定する。また、小ブロックeとgが統合されている場合には、対象ブロック102の小ブロック(1)と(3)が、小ブロックfとhが統合されている場合には、対象ブロック102の小ブロック(2)と(4)とを統合すると判定する。
 なお、図7や図8はあくまで一例であり、統合判定基準301や302は周辺ブロックを参照していればどのようなものでもよく、参照するマクロブロックの位置も上隣接や左隣接に限定されない。
 図9は、統合判定結果に基づいてマクロブロック(MB)分割パターンを推定する方法について、一例を示している。8×8サイズの小ブロックを用いて統合判定を行った場合、マクロブロックの分割パターンは、図9に示されるように、16×16(ブロック411)、16×8(ブロック412)、8×16(ブロック413)、8×8(ブロック414)の4種類となる。
 統合判定の結果、例えば対象ブロックの上2つの小ブロック(1)と(2)、および下2つの小ブロック(3)と(4)とが統合された場合(対象ブロック311)は、最も近い分割パターンは16×8(ブロック412)であるため、この分割パターンが選択される。
 しかし、例えば対象ブロックの上2つの小ブロック(1)と(2)、および右2つの小ブロック(2)と(4)とが統合された場合(対象ブロック312)は、最も近い分割パターンとして、16×8(ブロック412)、8×16(ブロック413)、8×8(ブロック414)が存在する。この場合、ビットレートや量子化パラメータ、周辺ブロックの動きベクトルなど別の符号化パラメータを参照するなどして、いずれか一つに決定する。例えば、ビットレートが高い場合にはより細かいブロックサイズを有する分割パターン(例えば、8×8(ブロック414))を選ぶようにすると効果的である。
 また、予測ベクトル推定部224は、例えば、図7~図9にて説明したように対象ブロック102のブロックサイズを決定し、決定したブロックサイズを用いて予測ベクトルを算出する。
 (参照すべき周辺ブロックの動きベクトルが決定していない場合)
 続いて、図5(2)のように、参照すべき周辺ブロックの動きベクトルが決定していない場合の予測ベクトルの算出方法について説明する。上述したように、予測ベクトルを算出する際に参照するようH.264/AVC標準規格で定められている周辺ブロックに対する符号化処理が未完了であるために、周辺ブロックの動きベクトル情報が得られない場合がある。
 その場合、本例では、予測ベクトル推定部224は、対象ブロックの周辺に位置する周辺ブロックの参照可能な動きベクトルを複数参照してそれらの分散値を計算する。そして、その分散値に基づいて、動きベクトル情報が得られない周辺ブロック(以下、「参照不可ブロック」という)の代わりに参照するブロック(以下、「代替ブロック」という)を決定し、代替ブロックの動きベクトル情報を用いて予測ベクトルを算出する。
 ここで、一般的に、動きベクトルの分散が小さい場合は、対象ブロックの近辺には大きな物体が存在する(描画されている)ことが多く、参照不可ブロックとの距離が比較的大きなブロックでも参照不可ブロックとの相関性が高い場合が多い。逆に、上記分散値が大きい場合は、対象ブロックの近辺に小さな物体が存在する(描画されている)ことが多く、参照不可ブロックとの距離が大きなブロックは、参照不可ブロックとの相関性が低いと想定される。
 そのため、上記分散値が小さい場合には、対象ブロックとの距離が多少離れているブロックでも、対象ブロックから見て参照不可ブロックと近い方向のブロックを代替ブロックとして用い、逆にそれが大きい場合は距離が近いブロックを代替ブロックとして用いて予測ベクトルを推定する。
 図10は、左隣のブロック111の動きベクトルが未確定である場合に、対象ブロック102内において左上に位置する8×8ブロックの動きベクトルMV1を符号化するための予測ベクトルPMVMV1を算出する方法について、その一例を示す図である。本例では、本来参照すべき左隣のブロック111が参照不可であるため、この参照不可ブロックと同じ方向に位置するさらに一つ左のマクロブロック111’内における最もPMV算出対象ブロックと距離の近いブロック(右上のブロック)を利用し、その動きベクトルMVaを参照する。
 具体的には、マクロブロック111’の動きベクトルMVaと、対象ブロック102の上、左上にそれぞれ隣接するブロック112、113の各動きベクトルMVc、MVdとの分散値
ACTMVを計算し、これが閾値よりも小さければ(図10(1))、左隣の参照ブロックと同じ方向にあるブロックの動きベクトルMVaを用いて予測ベクトルPMVMV1を推定する。
 また、上記ACTMVの値が閾値以上であれば(図10(2))、対象ブロック102との距離がより小さなブロック(本例では左上の隣接ブロック113)の動きベクトルMVdを用いて予測ベクトルPMVMV1を推定する。なお、図10はあくまで一例であり、符号化が未完了である参照不可ブロックの代わりに利用する代替ブロックの位置や分散の計算方法は、本例に限定されるものではない。
 また、分散値ACTMVと比較する閾値は固定値としてあらかじめ設定しておいても良いが、量子化パラメータや対象ブロックと代替ブロックとの距離などに応じて適応的に決定してもよい。具体的には、例えば、量子化パラメータが大きな値に設定されている場合には、閾値をより小さな値に設定すると、より精度良く予測ベクトルを算出することができる。
 また、予測ベクトルPMVMV1を動き探索処理の探索開始点を決定するために用いる場合や、動き探索処理やモード選択処理等で符号量の見積もりに用いる場合など、その用途によって予測ベクトルPMVMV1の算出方法を変化させても良い。例えば、符号量の見積もりに用いる予測ベクトルは本実施例による方法にて計算を行い、探索処理の開始点を決定するための予測ベクトルは最も距離の近いブロックの動きベクトルをそのまま用いると効率的に予測ベクトルを算出することができる。
 (予測ベクトル推定処理のフロー図)
 図11は、本実施形態に係る画像符号化装置1の予測ベクトル推定部224が実行する予測ベクトル推定処理の一例の流れを示すフローチャートである。
 予測ベクトル推定部224は、対象ブロック102のブロックサイズが未確定である場合には(ステップS101:Yes)、符号化が完了している周辺ブロック(例えば、図7のブロック111およびブロック112、図8のブロック112等)の分割パターンを参照し、統合判定基準(例えば、図7の統合判定基準301、図8の統合判定基準302等)に応じて、対象ブロック内の小ブロックを統合するかどうかの判定を行う(ステップS102)。
 そして、ステップS102における統合判定結果に最も近い分割パターンを選択する(ステップS103)。ステップS103で選択した分割パターンにより決定される対象ブロックのブロックサイズを用いて、予測ベクトルを算出し(ステップS104)、処理を終了する。
 一方、ステップS101で、対象ブロック102のブロックサイズが未確定ではないが(ステップS101:No)、対象ブロック102の周辺ブロック(例えば、図10のブロック111)の動きベクトルが未確定である場合には(ステップS105:Yes)、その他の周辺ブロックの動きベクトル(例えば、図10の動きベクトルMVa,MVb,MVc)の分散値ACTMVを算出する(ステップS106)。
 ステップS106で算出された分散値ACTMVが所定の閾値未満である場合には(ステップS107:Yes)、対象ブロック102から見て参照不可ブロック(例えば、図10のブロック111)と近い方向のブロック(例えば、図10のブロック111’)を代替ブロックとして用いて予測ベクトルを算出する(ステップS108)。
 一方、ステップS106で算出された分散値ACTMVが所定の閾値以上である場合には(ステップS107:No)、対象ブロック102との距離がより小さなブロックの動きベクトル(例えば、図10のブロック111のMVd)を用いて予測ベクトルを算出する(ステップS109)。
 また、ステップS105で、対象ブロック102の周辺ブロックの動きベクトルが未確定でない場合には(ステップ105:No)、規格通りの方法にて予測ベクトルを算出する(ステップS110)。
 なお、上記説明した予測ベクトル推定処理はあくまで一例であり、予測ベクトル推定部224が実行する処理は、これに限定されるものではない。(変形例)
 本実施形態では、予測および周波数変換をブロック単位で行っているが、それ以外にも例えば画像の背景から分離したオブジェクト単位で算出しても良い。また、本実施形態では、周波数変換の一例としてDCTを挙げているが、DST(Discrete Sine Transformation:離散サイン変換)、WT(Wavelet Transformation:ウェーブレット変換)、DFT(Discrete Fourier Transformation:離散フーリエ変換)、KLT(Karhunen-Loeve Transformation:カルーネン-レーブ変換)など、画素間相関除去に利用する直交変換ならどのようなものでも構わない。また、例えば、特に画面内予測を行わなくても、MPEG-1やMPEG-2のイントラ符号化のように、原画像に対して直接周波数変換を施しても構わない。可変長符号化も特に行わなくても良い。
 なお、本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
 (付記)
 以上に、本発明に係る実施形態について詳細に説明したことからも明らかなように、前述の実施形態の一部または全部は、以下の各付記のようにも記載することができる。しかしながら、以下の各付記は、あくまでも、本発明の単なる例示に過ぎず、本発明は、かかる場合のみに限るものではない。
 (付記1)
 前記動き探索部は、前記予測ベクトル推定部にて算出された前記予測ベクトルに基づいて、動き探索開始点を決定することを特徴とする付記1から3のいずれか一項に記載の画像符号化装置。
 (付記2)
 複数の符号化モードの中から、一つの符号化モードを選択するモード選択部をさらに有し、
 前記モード選択部は、前記予測ベクトル推定部にて算出された前記予測ベクトルから発生符号量を算出し、算出した前記発生符号量に基づいて前記一つの符号化モードを選択することを特徴とする付記1から4のいずれか一項に記載の画像符号化装置。
 (付記3)
 本発明の1側面にかかる画像符号化装置は、符号化を行う対象画像内の符号化対象マクロブロックを所定の分割パターンのいずれかで分割したブロックのそれぞれについて動きベクトルを探索し、該動きベクトルに基づいて前記対象マクロブロックの画面間予測を行うことによって画像の符号化を行う画像符号化装置であって、
 前記ブロックに隣接する周辺ブロックの動きベクトルを用いて所定の規則に応じて決定される動きベクトルである予測ベクトルから、当該ブロックの動きベクトルの探索開始点を決定し、前記探索開始点から前記符号化対象領域の動きベクトルの探索を開始する動き探索部と、
 前記所定の規則に応じて前記予測ベクトルを算出する際に、当該ブロックを有する前記符号化対象マクロブロックの分割パターンが未定の場合には、前記対象画像内の前記符号化対象マクロブロック以外の符号化済みマクロブロックの分割パターンから前記符号化対象領域の分割パターンを仮決定して予測ベクトルを算出し、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象マクロブロックの外のブロックの動きベクトルで代用して前記予測ベクトルを算出する予測ベクトル推定部と、
 前記動き探索部にて探索された前記符号化対象領域の動きベクトルと、前記予測ベクトルと、の差分値を符号化する可変長符号化部と、を有し、
 前記仮決定は、対象マクロブロックを所定分割パターンで分割したときに隣接関係にある2つのブロックからなるペアのそれぞれについて統合するか否かの判定をし、許容される分割パターンの中から、前記判定を合成した結果と同じ或いは最も近い分割パターンに決定するものであり、前記判定のそれぞれは、既に分割パターンが決定している周辺のマクロブロックを前記所定分割パターンで分割した場合の各ブロックの内、前記ペアと並びが同じ方向で、前記ペアと隣接するブロックを含むブロックのペアにおける統合状態と一致するように行い、
 前記予測ベクトル推定部は、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象マクロブロック以外の複数の符号化済みマクロブロックに含まれる少なくとも3つのブロックの動きベクトルの分散値をしきい値と比較した結果に基づいて、前記代用する動きベクトルを複数の候補の中から決定する。
 前記分散値は、前記取得できない動きベクトルがない場合に前記予測ベクトルの算出に用いられる動きベクトルの数と同数の動きベクトルから求め、当該同数の動きベクトルは、前記代用する動きベクトルを複数の候補の1つを含み、前記予測ベクトル推定部は、ある前記同数のブロックの動きベクトルから得た前記分散値がしきい値未満であったときに、当該分散値を得た前記同数のブロックを用いて予測ベクトルを算出することを特徴とする
 本発明は、H.264/AVCに好適であるがそれに限らず、H.262/MPEG-2、MPEG-4、H.263、H.265/HEVCなど、予測符号化を用いたビデオ圧縮に利用可能である。
 1 画像符号化装置
 10 符号化対象画像
 20 参照画像
 30 動画像
 40 原画像
 50 符号化ストリーム
 101 ラスタースキャン順序
 102 符号化対象ブロック
 111 左隣接マクロブロック
 112 上隣接マクロブロック
 113 左上隣接マクロブロック
 210 入力画像メモリ
 211 ブロック分割部
 212 探索部
 213 画面内予測部
 214 画面間予測部
 215 モード選択部
 216 減算部
 217 周波数変換部
 218 量子化処理部
 219 可変長符号化部
 220 逆量子化処理部
 221 逆周波数変換部
 222 加算部
 223 参照画像メモリ
 224 予測ベクトル推定部
 301、302 統合判定基準
 311、312 統合判定結果
 411、412、413、414 マクロブロック分割パターン

Claims (7)

  1.  符号化を行う対象画像内の領域である符号化対象領域の動きベクトルを探索し、前記符号化対象領域の動きベクトルに基づいて前記対象画像の画面間予測を行うことによって画像の符号化を行う画像符号化装置であって、
     予測される前記符号化対象領域の動きベクトルであって、前記符号化対象領域の周辺に位置する周辺ブロックの動きベクトルを用いてあらかじめ定められた所定の規則に応じて決定される動きベクトルである予測ベクトルから、前記符号化対象領域の動きベクトルの探索開始点を決定し、前記探索開始点から前記符号化対象領域の動きベクトルの探索を開始する動き探索部と、
     前記所定の規則に応じて前記予測ベクトルを算出する際に、前記符号化対象領域のサイズが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象領域以外の符号化済み領域のサイズから前記符号化対象領域のサイズを決定して予測ベクトルを算出し、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象領域以外の符号化済み領域の動きベクトルから前記予測ベクトルを算出する予測ベクトル推定部と、
     前記動き探索部にて探索された前記符号化対象領域の動きベクトルと、前記予測ベクトルと、の差分値を符号化する可変長符号化部と、を有する画像符号化装置。
  2.  前記予測ベクトル推定部は、前記符号化対象領域のサイズが取得できない場合には、前記周辺ブロックのサイズ情報を用いて、あらかじめ定められた規則に従って、前記符号化対象領域のブロックサイズを決定することを特徴とする請求項1に記載の画像符号化装置。
  3.  前記予測ベクトル推定部は、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象領域以外の複数の符号化済み領域の動きベクトルの分散値に基づいて、前記複数の符号化済み領域の動きベクトルのうち、いずれの動きベクトルを用いて前記予測ベクトルを算出するかを決定することを特徴とする請求項1又は2に記載の画像符号化装置。
  4.  前記動き探索部は、前記予測ベクトル推定部にて算出された前記予測ベクトルに基づいて、動き探索開始点を決定することを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の画像符号化装置。
  5.  複数の符号化モードの中から、一つの符号化モードを選択するモード選択部をさらに有し、
     前記モード選択部は、前記予測ベクトル推定部にて算出された前記予測ベクトルから発生符号量を算出し、算出した前記発生符号量に基づいて前記一つの符号化モードを選択することを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の画像符号化装置。
  6.  符号化を行う対象画像内の符号化対象マクロブロックを所定の分割パターンのいずれかで分割したブロックのそれぞれについて動きベクトルを探索し、該動きベクトルに基づいて前記対象マクロブロックの画面間予測を行うことによって画像の符号化を行う画像符号化装置であって、
     前記ブロックに隣接する周辺ブロックの動きベクトルを用いて所定の規則に応じて決定される動きベクトルである予測ベクトルから、当該ブロックの動きベクトルの探索開始点を決定し、前記探索開始点から前記符号化対象領域の動きベクトルの探索を開始する動き探索部と、
     前記所定の規則に応じて前記予測ベクトルを算出する際に、当該ブロックを有する前記符号化対象マクロブロックの分割パターンが未定の場合には、前記対象画像内の前記符号化対象マクロブロック以外の符号化済みマクロブロックの分割パターンから前記符号化対象領域の分割パターンを仮決定して予測ベクトルを算出し、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象マクロブロックの外のブロックの動きベクトルで代用して前記予測ベクトルを算出する予測ベクトル推定部と、
     前記動き探索部にて探索された前記符号化対象領域の動きベクトルと、前記予測ベクトルと、の差分値を符号化する可変長符号化部と、を有し、
     前記仮決定は、対象マクロブロックを所定分割パターンで分割したときに隣接関係にある2つのブロックからなるペアのそれぞれについて統合するか否かの判定をし、許容される分割パターンの中から、前記判定を合成した結果と同じ或いは最も近い分割パターンに決定するものであり、前記判定のそれぞれは、既に分割パターンが決定している周辺のマクロブロックを前記所定分割パターンで分割した場合の各ブロックの内、前記ペアと並びが同じ方向で、前記ペアと隣接するブロックを含むブロックのペアにおける統合状態と一致するように行い、
     前記予測ベクトル推定部は、前記周辺ブロックの動きベクトルの少なくとも一つが取得できない場合には、前記対象画像内の前記符号化対象マクロブロック以外の複数の符号化済みマクロブロックに含まれる少なくとも3つのブロックの動きベクトルの分散値をしきい値と比較した結果に基づいて、前記代用する動きベクトルを複数の候補の中から決定することを特徴とする画像符号化装置。
  7.  前記分散値は、前記取得できない動きベクトルがない場合に前記予測ベクトルの算出に用いられる動きベクトルの数と同数の動きベクトルから求め、当該同数の動きベクトルは、前記代用する動きベクトルを複数の候補の1つを含み、
     前記予測ベクトル推定部は、ある前記同数のブロックの動きベクトルから得た前記分散値がしきい値未満であったときに、当該分散値を得た前記同数のブロックを用いて予測ベクトルを算出することを特徴とする請求項6に記載の画像符号化装置。
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