WO2020184229A1 - 画像符号化装置、画像符号化方法、及びプログラム - Google Patents

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真悟 志摩
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Definitions

  • the present invention relates to an image coding technique.
  • HEVC High Efficiency Video Coding
  • HEVC High Efficiency Video Coding
  • a basic block having a size larger than that of the conventional macroblock (16 ⁇ 16 pixels) has been adopted.
  • This large size basic block is called a CTU (Coding Tree Unit), and its size is a maximum of 64 x 64 pixels.
  • the CTU is further divided into sub-blocks that serve as units for prediction and conversion.
  • a quantization matrix is used to weight the coefficient after orthogonal conversion (hereinafter referred to as the orthogonal conversion coefficient) according to the frequency component.
  • the quantization matrix it is possible to improve the compression efficiency while maintaining the image quality by reducing the data of high frequency components, which are less noticeable in human vision, than the data of low frequency components.
  • VVC Very Video Coding
  • JVET Joint Video Experts Team
  • an image coding device capable of generating a bit stream by encoding an image in units of a plurality of blocks including a block of P ⁇ Q pixels (P and Q are integers), the block of P ⁇ Q pixels
  • An orthogonal conversion means that generates N ⁇ M (N is an integer satisfying N ⁇ P and M is an integer satisfying M ⁇ Q) orthogonal conversion coefficients by executing orthogonal conversion for the prediction error. It has a quantization means for generating N ⁇ M quantization coefficients by quantizing the N ⁇ M orthogonal conversion coefficients using at least a quantization matrix having N ⁇ M elements.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the structure of the image coding apparatus in Embodiment 1.
  • FIG. 2 It is a block diagram which shows the structure of the image decoding apparatus in Embodiment 2.
  • It is a flowchart which shows the image coding process in the image coding apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the bit stream output in Embodiment 1.
  • FIG. 1 It is a figure which shows an example of the bit stream output in Embodiment 1.
  • a basic block or subunit may be referred to as a basic unit or subunit, or may simply be referred to as a block or unit.
  • a rectangle is a quadrangle in which four internal angles are right angles and two diagonal lines have the same length, as is generally defined.
  • a square is a rectangle in which all four corners are equal and all four sides are equal. That is, a square is a kind of rectangle.
  • the zero-out is a process of forcibly setting a part of the orthogonal conversion coefficients of the block to be encoded to 0.
  • a block of 64 ⁇ 64 pixels in an input image (picture) is a block to be encoded.
  • the orthogonal conversion coefficient also has a size of 64 ⁇ 64.
  • the zero-out means, for example, that a part of the 64 ⁇ 64 orthogonal conversion coefficient is encoded by assuming that it is 0 even if the result of the orthogonal conversion has a value other than 0. It is a process.
  • the low frequency components corresponding to the predetermined range on the upper left including the DC component in the two-dimensional orthogonal conversion coefficient are not forcibly set to 0, but correspond to the frequency components higher than those low frequency components.
  • the orthogonal conversion coefficient to be used is always set to 0.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an image coding apparatus of this embodiment.
  • 101 is a terminal for inputting image data.
  • Reference numeral 102 denotes a block division unit, which divides the input image into a plurality of basic blocks and outputs an image in units of basic blocks to the subsequent stage.
  • Reference numeral 103 denotes a quantization matrix holding unit that generates and stores a quantization matrix.
  • the quantization matrix is for weighting the quantization process with respect to the orthogonal conversion coefficient according to the frequency component.
  • the quantization step for each orthogonal conversion coefficient is, for example, a scale value (quantization scale) based on a reference parameter value (quantization parameter), and each element in the quantization matrix. Weighted by multiplying the values.
  • the method of generating the quantization matrix stored by the quantization matrix holding unit 110 is not particularly limited.
  • the user may input information indicating the quantization matrix, or the image coding apparatus may calculate from the characteristics of the input image. Moreover, you may use the thing specified in advance as an initial value.
  • two types of 32 ⁇ 32 two dimensions shown in FIGS. 8B and 8C are generated by enlarging the base quantization matrix. It is assumed that the quantization matrix of is generated and stored.
  • the quantization matrix of FIG. 8B is a 32 ⁇ 32 quantization matrix in which each element of the 8 ⁇ 8 base quantization matrix of FIG.
  • the quantization matrix of FIG. 8C is a 32 ⁇ 32 quantization matrix expanded by repeating each element of the upper left 4 ⁇ 4 portion of the base quantization matrix of FIG. 8A eight times in the vertical and horizontal directions.
  • the base quantization matrix is a quantization matrix used not only for quantization in a subblock of 8 ⁇ 8 pixels but also for creating a quantization matrix having a size larger than that of the base quantization matrix. is there.
  • the size of the base quantization matrix is assumed to be 8 ⁇ 8, but is not limited to this size.
  • another base quantization matrix may be used depending on the size of the subblock. For example, when three types of subblocks of 8 ⁇ 8, 16 ⁇ 16, and 32 ⁇ 32 are used, three types of base quantization matrices corresponding to each can be used.
  • the 104 is a prediction unit, and determines subblock division for image data in basic block units. That is, it is determined whether or not to divide the basic block into subblocks, and if so, how to divide it. If not divided into subblocks, the subblock will be the same size as the basic block.
  • the subblock may be a square or a rectangle (non-square) other than a square.
  • the prediction unit 104 performs intra-frame prediction, which is intra-frame prediction, inter-frame prediction, which is inter-frame prediction, and the like, and generates prediction image data.
  • the prediction unit 104 selects a prediction method for one subblock from intra-prediction and inter-prediction, performs the selected prediction, and generates prediction image data for the sub-block.
  • the prediction method used is not limited to these, and a prediction that combines an intra prediction and an inter prediction may be used.
  • the prediction unit 104 calculates and outputs a prediction error from the input image data and the predicted image data. For example, the prediction unit 104 calculates the difference between each pixel value of the sub-block and each pixel value of the predicted image data generated by the prediction for the sub-block, and calculates it as a prediction error.
  • the prediction unit 104 also outputs information necessary for prediction, for example, information indicating the division state of the subblock, the prediction mode indicating the prediction method of the subblock, and information such as a motion vector together with the prediction error.
  • information necessary for this prediction is collectively referred to as prediction information.
  • the conversion / quantization unit 105 is a conversion / quantization unit.
  • the conversion / quantization unit 105 orthogonally converts the prediction error calculated by the prediction unit 104 in subblock units to obtain an orthogonal conversion coefficient representing each frequency component of the prediction error. Then, the conversion / quantization unit 105 further performs quantization using the quantization matrix stored in the quantization matrix holding unit 103 and the quantization parameter, and the quantization is the quantized orthogonal conversion coefficient. Get the coefficient.
  • the function of performing orthogonal conversion and the function of performing quantization may be configured separately.
  • the inverse quantization / inverse conversion unit 106 dequantizes the quantization coefficient output from the conversion / quantization unit 105 by using the quantization matrix stored in the quantization matrix holding unit 103 and the quantization parameters. To reproduce the orthogonal conversion coefficient. Then, the inverse quantization / inverse conversion unit 106 further performs inverse orthogonal conversion to reproduce the prediction error. In this way, the process of reproducing (deriving) the orthogonal conversion coefficient using the quantization matrix and the quantization parameter is referred to as inverse quantization.
  • the function of performing dequantization and the function of performing dequantization may be configured separately.
  • the information for the image decoding apparatus to derive the quantization parameter is also encoded in the bit stream by the coding unit 110.
  • 108 is a frame memory for storing the reproduced image data.
  • the frame memory 108 is appropriately referred to to generate the prediction image data, and the reproduced image data is generated and output from the input prediction error.
  • In-loop filter processing such as deblocking filter and sample adaptive offset is performed on the reproduced image, and the filtered image is output.
  • the quantization coefficient output from the conversion / quantization unit 105 and the prediction information output from the prediction unit 104 are encoded to generate and output code data.
  • Reference numeral 113 denotes a quantization matrix coding unit.
  • the base quantization matrix output from the quantization matrix holding unit 103 is encoded, and the image decoding apparatus generates and outputs the quantization matrix code data for deriving the base quantization matrix.
  • Header code data is generated using the quantization matrix code data that is the output from the quantization matrix coding unit 113. Further, a bit stream is formed and output together with the code data output from the coding unit 110.
  • Reference numeral 112 denotes a terminal, which outputs a bit stream generated by the integrated coding unit 111 to the outside.
  • moving image data is input in frame units.
  • the block division section 101 will be described as being divided into basic blocks of 64 ⁇ 64 pixels, but the present invention is not limited to this.
  • a block having 128 ⁇ 128 pixels may be used as a basic block, or a block having 32 ⁇ 32 pixels may be used as a basic block.
  • the image coding device generates and encodes a quantization matrix prior to image coding.
  • the horizontal direction in the quantization matrix 800 and each block is the x-coordinate
  • the vertical direction is the y-coordinate
  • the right direction is positive and the downward direction is positive, respectively.
  • the coordinates of the upper leftmost element in the quantization matrix 800 are set to (0,0). That is, the coordinates of the lower right element of the 8 ⁇ 8 base quantization matrix are (7,7).
  • the coordinates of the lower right element of the 32 ⁇ 32 quantization matrix are (31, 31).
  • the quantization matrix holding unit 103 generates a quantization matrix.
  • a quantization matrix is generated according to the size of the subblock, the size of the orthogonal conversion coefficient to be quantized, and the type of prediction method.
  • an 8 ⁇ 8 base quantization matrix used for generating the quantization matrix shown in FIG. 8A which will be described later, is generated.
  • this base quantization matrix is expanded to generate two types of 32 ⁇ 32 quantization matrices shown in FIGS. 8B and 8C.
  • the quantization matrix of FIG. 8B is a 32 ⁇ 32 quantization matrix in which each element of the 8 ⁇ 8 base quantization matrix of FIG. 8A is expanded four times by repeating it four times in the vertical and horizontal directions.
  • each element in the range of 0 to 3 in the x coordinate and 0 to 3 in the y coordinate in the 32 ⁇ 32 quantization matrix is the value of the upper left end element of the base quantization matrix. 1 will be assigned. Further, 15 which is the value of the lower right element of the base quantization matrix is assigned to each element in the range of the x-coordinate of 28 to 31 and the y-coordinate of 28 to 31 in the 32 ⁇ 32 quantization matrix. It becomes. In the example of FIG. 8B, all the values of each element in the base quantization matrix are assigned to any of the elements of the 32 ⁇ 32 quantization matrix.
  • the quantization matrix of FIG. 8C is a 32 ⁇ 32 quantization matrix expanded by repeating each element of the upper left 4 ⁇ 4 portion of the base quantization matrix of FIG. 8A eight times in the vertical and horizontal directions.
  • each element in the range of 0 to 7 for the x coordinate and 0 to 7 for the y coordinate in the 32 ⁇ 32 quantization matrix has the upper left 4 ⁇ 4 portion of the base quantization matrix. 1 which is the value of the element on the upper left is assigned. Further, for each element in the range of the x-coordinate of 24 to 31 and the y-coordinate of 24-31 in the 32 ⁇ 32 quantization matrix, the value of the lower right element of the upper left 4 ⁇ 4 portion of the base quantization matrix is used. A certain 7 will be assigned. In the example of FIG.
  • the generated quantization matrix is not limited to this, and when the size of the orthogonal conversion coefficient to be quantized exists other than 32 ⁇ 32, the quantum such as 16 ⁇ 16 or 8 ⁇ 8, 4 ⁇ 4 is obtained.
  • a quantization matrix corresponding to the size of the orthogonal conversion coefficient to be converted may be generated.
  • the method for determining the base quantization matrix and each element constituting the quantization matrix is not particularly limited. For example, a predetermined initial value may be used, or may be set individually. Further, it may be generated according to the characteristics of the image.
  • the quantization matrix holding unit 103 holds the base quantization matrix and the quantization matrix generated in this way.
  • FIG. 8B is an example of a quantization matrix used for quantization of the orthogonal conversion coefficient corresponding to the 32 ⁇ 32 subblock described later and FIG. 8C is the 64 ⁇ 64 subblock.
  • the 800 in the thick frame represents the quantization matrix.
  • each of the 32 ⁇ 32 1024 pixels is configured, and each square in the thick frame represents each element constituting the quantization matrix.
  • the three types of quantization matrices shown in FIGS. 8B and 8C are held in a two-dimensional shape, but each element in the quantization matrix is of course not limited to this.
  • the quantization matrix coding unit 113 reads out each element of the base quantization matrix stored in a two-dimensional shape in order from the quantization matrix holding unit 106, scans each element, calculates a difference, and calculates each difference. Arrange in a one-dimensional matrix.
  • the base quantization matrix shown in FIG. 8A uses the scanning method shown in FIG. 9 to calculate the difference from the immediately preceding element in the scanning order for each element. For example, the 8x8 base quantization matrix shown in FIG. 8A is scanned by the scanning method shown in FIG. 9, but the first element 1 located in the upper left is followed by the element 2 located immediately below it. It is scanned and the difference +1 is calculated.
  • the difference from a predetermined initial value (for example, 8) is calculated, but of course, the difference is not limited to this, and is arbitrary.
  • the difference from the value or the value of the first element itself may be used.
  • the base quantization matrix of FIG. 8A uses the scanning method of FIG. 9, and the difference matrix shown in FIG. 10 is generated.
  • the quantization matrix coding unit 113 further encodes the difference matrix to generate the quantization matrix code data.
  • coding is performed using the coding table shown in FIG. 11A, but the coding table is not limited to this, and for example, the coding table shown in FIG. 11B may be used.
  • the quantization matrix code data generated in this way is output to the integrated coding unit 111 in the subsequent stage.
  • the integrated coding unit 111 encodes the header information necessary for encoding the image data and integrates the code data of the quantization matrix.
  • the image data for one frame input from the terminal 101 is input to the block dividing unit 102.
  • the block division unit 102 divides the input image data into a plurality of basic blocks, and outputs an image in basic block units to the prediction unit 104. In this embodiment, it is assumed that an image of a basic block unit of 64 ⁇ 64 pixels is output.
  • the prediction unit 104 executes prediction processing on the image data of the basic block unit input from the block division unit 102. Specifically, the subblock division that divides the basic block into smaller subblocks is determined, and the prediction mode such as intra prediction or inter prediction is determined for each subblock.
  • FIG. 7 shows an example of the subblock division method.
  • the 700 in the thick frame represents a basic block, and for the sake of simplicity, a 64 ⁇ 64 pixel configuration is used, and each quadrangle in the thick frame represents a subblock.
  • FIG. 7B shows an example of square subblock division of a quadtree, and a basic block of 648 ⁇ 64 pixels is divided into subblocks of 32 ⁇ 32 pixels.
  • FIGS. 7C to 7F show an example of rectangular sub-block division.
  • the basic block is divided into a vertically long rectangular sub-block of 32 ⁇ 64 pixels
  • FIG. 7D it is divided into a horizontally long rectangular sub-block of 64 ⁇ 32 pixels. There is. Further, in FIGS.
  • the basic block 7E and 7F it is divided into rectangular subblocks at a ratio of 1: 2: 1. In this way, not only squares but also rectangular subblocks other than squares are used for encoding processing. Further, the basic block may be further divided into a plurality of square blocks, and the subblocks may be divided based on the divided square blocks. In other words, the size of the basic block is not limited to 64 ⁇ 64 pixels, and basic blocks of a plurality of sizes may be used.
  • the quadtree division as shown in FIGS. 7A and 7B which does not divide the basic block of 64 ⁇ 64 pixels, is used, but the subblock division method is not limited to this.
  • a ternary tree division as shown in FIGS. 7E and 7F or a binary tree division as shown in FIGS. 7C and 7D may be used.
  • a quantization matrix corresponding to the subblock used in the quantization matrix holding unit 103 is generated.
  • the new base quantization matrix is also encoded by the quantization matrix coding unit 113.
  • Intra-prediction uses coded pixels located in the spatial periphery of the block to be encoded to generate prediction pixels of the block to be encoded, and is used among intra-prediction methods such as horizontal prediction, vertical prediction, and DC prediction. It also generates information on the intra-prediction mode that indicates the intra-prediction method.
  • inter-prediction the predicted pixels of the coded target block are generated using the encoded pixels of the frame which is different in time from the coded target block, and the motion information indicating the frame to be referred to, the motion vector, and the like is also generated.
  • the prediction unit 194 may use a prediction method that combines intra-prediction and inter-prediction.
  • Predicted image data is generated from the determined prediction mode and encoded pixels, and a prediction error is generated from the input image data and the predicted image data, and is output to the conversion / quantization unit 105. Further, information such as subblock division and prediction mode is output as prediction information to the coding unit 110 and the image reproduction unit 107.
  • the conversion / quantization unit 105 performs orthogonal conversion / quantization on the input prediction error and generates a quantization coefficient. First, the orthogonal conversion process corresponding to the size of the subblock is performed to generate the orthogonal conversion coefficient, and then the orthogonal conversion coefficient is calculated by using the quantization matrix stored in the quantization matrix holding unit 103 according to the prediction mode. Quantize and generate quantization coefficients. A more specific orthogonal conversion / quantization process will be described below.
  • the 32 ⁇ 32 prediction error is subjected to an orthogonal transformation using a 32 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix, and the 32 ⁇ 32 orthogonality is performed. Generate a conversion factor. Specifically, the 32 ⁇ 32 orthogonal transform matrix represented by the discrete cosine transform (DCT) is multiplied by the 32 ⁇ 32 prediction error to calculate the intermediate coefficient of the 32 ⁇ 32 matrix. The 32 ⁇ 32 matrix-like intermediate coefficient is further multiplied by the transposed matrix of the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix described above to generate a 32 ⁇ 32 orthogonal transformation coefficient.
  • DCT discrete cosine transform
  • the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient thus generated is quantized using the 32 ⁇ 32 quantization matrix shown in FIG. 8B and the quantization parameters to generate a 32 ⁇ 32 quantization coefficient. Since there are four 32 ⁇ 32 subblocks in the 64 ⁇ 64 basic block, the above process is repeated four times.
  • the 64 ⁇ 64 division state (no division) shown in FIG. 7A when the 64 ⁇ 64 division state (no division) shown in FIG. 7A is selected, the odd-numbered rows (hereinafter, odd rows) in the 64 ⁇ 64 orthogonal transformation matrix with respect to the prediction error of 64 ⁇ 64 are selected.
  • a 32 ⁇ 64 orthogonal transformation matrix generated by thinning out) is used. That is, a 32 ⁇ 32 orthogonal transformation coefficient is generated by performing an orthogonal transformation using the 32 ⁇ 64 orthogonal transformation matrix generated by thinning out the odd-numbered rows.
  • an odd number of rows is thinned out from the 64 ⁇ 64 orthogonal transformation matrix to generate a 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix.
  • the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix is multiplied by the 64 ⁇ 64 prediction error to generate a 64 ⁇ 32 matrix intermediate coefficient.
  • the 64 ⁇ 32 matrix-like intermediate coefficient is multiplied by the 32 ⁇ 64 transposed matrix obtained by transposing the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix described above to generate a 32 ⁇ 32 orthogonal transformation coefficient.
  • the conversion / quantization unit 105 sets the generated 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient as the coefficient of the upper left portion (x coordinate is 0 to 31 and y coordinate is 0 to 31) of the 64 ⁇ 64 orthogonal conversion coefficient. , Others are set to 0 to execute zero out.
  • the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix and the 32 ⁇ 64 transposed matrix obtained by transposing the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix are used with respect to the 64 ⁇ 64 prediction error.
  • Zero-out is executed by generating the orthogonal conversion coefficient of 32 ⁇ 32 in this way.
  • a part of the 64 ⁇ 64 orthogonal conversion coefficient generated by performing the 64 ⁇ 64 orthogonal conversion is forcibly set to 0 even if the value is not 0, with a smaller amount of calculation.
  • a 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient can be generated.
  • the orthogonal transformation is performed using the orthogonal transformation matrix of 64 ⁇ 64, and as a result, the orthogonal transformation coefficient to be zeroed out is regarded as 0 and encoded regardless of whether or not it is 0.
  • the amount of calculation in the orthogonal transformation can be reduced.
  • the amount of calculation can be reduced by using a method of calculating the orthogonal conversion coefficient of 32 ⁇ 32 from the prediction error of 64 ⁇ 64 by the orthogonal conversion coefficient, but the zero-out method is not limited to this method, and various methods can be used. It can also be used.
  • information indicating that the orthogonal conversion coefficient of the range targeted for zero-out is 0 may be encoded, or simply information indicating that zero-out has been performed (flag, etc.). May be encoded.
  • the image decoding device can regard each block as 0 as the target of zero out and decode each block.
  • the conversion / quantization unit 105 quantizes using the 32 ⁇ 32 quantization matrix shown in FIG. 8C and the quantization parameters. To generate a quantization coefficient of 32 ⁇ 32.
  • the quantization matrix of FIG. 8B is used for the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient corresponding to the 32 ⁇ 32 subblock, and the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient corresponding to the 64 ⁇ 64 subblock is obtained.
  • 8C assumes that the quantization matrix of FIG. 8C is used. That is, FIG. 8B is used for the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient in which zero out is not executed, and the quantization in FIG. 8C is used for the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient corresponding to the 64 ⁇ 64 subblock in which zero out is executed.
  • a matrix shall be used. However, the quantization matrix used is not limited to this.
  • the generated quantization coefficient is output to the coding unit 110 and the inverse quantization / inverse conversion unit 106.
  • the input quantization coefficient is inversely quantized using the quantization matrix stored in the quantization matrix holding unit 103 and the quantization parameter, and the orthogonal conversion coefficient is reproduced. .. Then, the inverse quantization / inverse conversion unit 106 further performs inverse orthogonal conversion of the reproduced orthogonal conversion coefficient to reproduce the prediction error.
  • a quantization matrix corresponding to the size of the subblock to be encoded is used as in the conversion / quantization unit 105.
  • the inverse quantization / inverse conversion unit 106 When the 32 ⁇ 32 subblock division of FIG. 7B is selected, the inverse quantization / inverse conversion unit 106 has the 32 ⁇ 32 quantization coefficient generated by the conversion / quantization unit 105, which is the quantization of FIG. 8B. Inverse quantization is performed using a matrix to reproduce a 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient. Then, the inverse quantization / inverse transformation unit 106 multiplies the above-mentioned 32 ⁇ 32 transposed matrix and the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation to calculate the intermediate coefficient of the 32 ⁇ 32 matrix.
  • the inverse quantization / inverse transformation unit 106 multiplies the 32 ⁇ 32 matrix-like intermediate coefficient by the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix described above to reproduce the 32 ⁇ 32 prediction error.
  • the same processing is performed for each 32 ⁇ 32 subblock.
  • the 32 ⁇ 32 quantization coefficient generated by the conversion / quantization unit 105 is inversely quantized using the quantization matrix of FIG. 8C, and 32.
  • the orthogonal conversion coefficient of ⁇ 32 is reproduced.
  • the above-mentioned 32 ⁇ 64 transposed matrix is multiplied by the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation to calculate the intermediate coefficient of the 32 ⁇ 64 matrix.
  • the 32 ⁇ 64 matrix intermediate coefficient is multiplied by the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix described above to reproduce the 64 ⁇ 64 prediction error.
  • the same quantization matrix used in the conversion / quantization unit 105 is used according to the size of the subblock, and the inverse quantization process is executed.
  • the reproduced prediction error is output to the image reproduction unit 107.
  • the image reproduction unit 107 reproduces the predicted image by appropriately referring to the data necessary for reproducing the predicted image stored in the frame memory 108 based on the prediction information input from the prediction unit 104. Then, the image data is reproduced from the reproduced predicted image and the reproduced prediction error input from the inverse quantization / inverse conversion unit 106, input to the frame memory 108, and stored.
  • the in-loop filter unit 109 reads the reproduced image from the frame memory 108 and performs in-loop filter processing such as a deblocking filter. Then, the filtered image is input to the frame memory 108 again and stored again.
  • the coding unit 110 entropy-encodes the quantization coefficient generated by the conversion / quantization unit 105 and the prediction information input from the prediction unit 104 in block units to generate code data.
  • the method of entropy coding is not particularly specified, but Golomb coding, arithmetic coding, Huffman coding and the like can be used.
  • the generated code data is output to the integrated coding unit 111.
  • the integrated coding unit 111 forms a bit stream by multiplexing the code data input from the coding unit 110 together with the code data of the header described above. Eventually, the bitstream is output from terminal 112 to the outside.
  • FIG. 6A is an example of the bit stream output in the first embodiment.
  • the sequence header contains the code data of the base quantization matrix and is composed of the coded results of each element.
  • the position where the code data of the base quantization matrix is encoded is not limited to this, and of course, a configuration in which the code data is encoded in the picture header portion or other header portions may be adopted.
  • the quantization matrix when the quantization matrix is changed in one sequence, it can be updated by newly encoding the base quantization matrix. At this time, all the quantization matrices may be rewritten, or a part of them may be changed by specifying the size of the subblock of the quantization matrix corresponding to the quantization matrix to be rewritten. ..
  • FIG. 3 is a flowchart showing a coding process in the image coding apparatus according to the first embodiment.
  • the quantization matrix holding unit 103 Prior to image coding, in step S301, the quantization matrix holding unit 103 generates and holds a two-dimensional quantization matrix.
  • the base quantization matrix shown in FIG. 8A and the quantization matrix shown in FIGS. 8B and 8C generated from the base quantization matrix are generated and held.
  • step S302 the quantization matrix coding unit 113 scans the base quantization matrix used for generating the quantization matrix in step S301, and calculates the difference between the elements before and after in the scanning order. Generate a one-dimensional difference matrix.
  • the base quantization matrix shown in FIG. 8A uses the scanning method of FIG. 9, and the difference matrix shown in FIG. 10 is generated.
  • the quantization matrix coding unit 113 further encodes the generated difference matrix to generate the quantization matrix code data.
  • step S303 the integrated coding unit 111 encodes and outputs the header information necessary for coding the image data together with the generated quantization matrix code data.
  • step S304 the block division unit 102 divides the input image in frame units into basic block units of 64 ⁇ 64 pixels.
  • step S305 the prediction unit 104 executes prediction processing on the image data in basic block units generated in step S304 using the prediction method described above, and predicts information such as subblock division information and prediction mode. And generate predicted image data.
  • the prediction unit 104 executes prediction processing on the image data in basic block units generated in step S304 using the prediction method described above, and predicts information such as subblock division information and prediction mode. And generate predicted image data.
  • two types of subblock sizes are used: the 32 ⁇ 32 pixel subblock division shown in FIG. 7B and the 64 ⁇ 64 pixel subblock shown in FIG. 7A.
  • the prediction error is calculated from the input image data and the predicted image data.
  • step S306 the conversion / quantization unit 105 orthogonally transforms the prediction error calculated in step S305 to generate an orthogonal conversion coefficient. Then, the conversion / quantization unit 105 further performs quantization using the quantization matrix generated / held in step S301 and the quantization parameter to generate a quantization coefficient. Specifically, the prediction error of the 32 ⁇ 32 pixel subblock of FIG. 7B is multiplied using a 32 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix and its transposed matrix to generate a 32 ⁇ 32 orthogonal transformation coefficient. On the other hand, the prediction error of the 64 ⁇ 64 pixel subblock of FIG.
  • the orthogonal conversion coefficient of the 32 ⁇ 32 subblock of FIG. 7B is 8B
  • the orthogonal conversion coefficient of the 64 ⁇ 64 subblock of FIG. 7A is 32 ⁇ using the quantization matrix of FIG. 8C. It is assumed that the orthogonal conversion coefficient of 32 is quantized.
  • step S307 the inverse quantization / inverse conversion unit 106 dequantizes the quantization coefficient generated in step S306 by using the quantization matrix generated / held in step S301 and the quantization parameter. And regenerate the orthogonal conversion factor. Further, the inverse orthogonal conversion is performed with respect to the orthogonal conversion coefficient, and the prediction error is reproduced.
  • the same quantization matrix used in step S306 is used, and the inverse quantization process is performed. Specifically, the 32 ⁇ 32 quantization coefficient corresponding to the 32 ⁇ 32 pixel subblock of FIG. 7B is subjected to inverse quantization processing using the quantization matrix of FIG. 8B to obtain 32 ⁇ 32. Reproduce the orthogonal conversion factor.
  • the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation coefficient is multiplied by using the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix and its transposed matrix, and the prediction error of 32 ⁇ 32 pixels is reproduced.
  • the 32 ⁇ 32 quantization coefficient corresponding to the 64 ⁇ 64 pixel subblock of FIG. 7A is subjected to the inverse quantization process using the quantization matrix of FIG. 8C, and the orthogonal conversion coefficient of 32 ⁇ 32 is obtained.
  • the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation coefficient is multiplied by using the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix and its transposed matrix to reproduce the prediction error of 64 ⁇ 64 pixels.
  • step S308 the image reproduction unit 107 reproduces the predicted image based on the prediction information generated in step S305. Further, the image data is reproduced from the reproduced predicted image and the predicted error generated in step S307.
  • step S309 the coding unit 110 encodes the prediction information generated in step S305 and the quantization coefficient generated in step S306 to generate code data. It also generates a bitstream including other code data.
  • step S310 the image coding apparatus determines whether or not the coding of all the basic blocks in the frame is completed, and if it is completed, proceeds to step S311. If not, the next basic block Return to step S304.
  • step S311 the in-loop filter unit 109 performs in-loop filter processing on the image data reproduced in step S308, generates a filtered image, and ends the processing.
  • step S305 by reducing the number of orthogonal conversion coefficients and performing quantization processing using a quantization matrix corresponding to the reduced orthogonal conversion coefficients, the quantization is controlled for each frequency component while reducing the amount of calculation and subjective.
  • the image quality can be improved.
  • a quantization matrix that enlarges only the low-frequency portion of the base quantization matrix as shown in FIG. 8C is used.
  • Optimal quantization control can be realized in the low frequency part.
  • the low frequency portion referred to here is in the range of 0 to 3 in the x coordinate and 0 to 3 in the y coordinate.
  • the base quantization matrix of FIG. 8A which is commonly used for the generation of the quantization matrix of FIGS. 8B and 8C, is encoded.
  • the quantization matrix itself of FIG. 8C may be encoded.
  • finer quantization control can be realized for each frequency component.
  • the quantization matrix corresponding to the orthogonal conversion coefficient of 64 ⁇ 64 expands the upper left 4 ⁇ 4 portion of the 8 ⁇ 8 base quantization matrix by 8 times, but instead performs the 8 ⁇ 8 base quantization.
  • the entire matrix may be magnified four times. In this way, finer quantization control can be realized even for an orthogonal conversion coefficient of 64 ⁇ 64.
  • the quantization matrix for the 64 ⁇ 64 subblock using zero out is uniquely determined, but it may be configured to be selectable by introducing an identifier.
  • FIG. 6B selectively introduces a quantization matrix coding method information code to selectively encode a quantization matrix for a 64 ⁇ 64 subblock using zero out.
  • FIG. 8C which is an independent quantization matrix for the orthogonal conversion coefficient corresponding to the subblock of 64 ⁇ 64 pixels using zero out, is shown. Used.
  • FIG. 8C which is an independent quantization matrix for the orthogonal conversion coefficient corresponding to the subblock of 64 ⁇ 64 pixels using zero out
  • 8B which is a quantization matrix for a normal non-zero-out subblock, is used for a 64 ⁇ 64 pixel sub-block using zero-out.
  • the coding method information code indicates 2
  • all the elements of the quantization matrix used for the 64 ⁇ 64 pixel subblock using zero out not the 8 ⁇ 8 base quantization matrix. Is encoded, and so on. This makes it possible to selectively realize the reduction of the quantization matrix code amount and the original quantization control for the subblock using zero out.
  • the number of subblocks processed using zero out is only 64 ⁇ 64, but the subblock processed using zero out is not limited to this.
  • the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficients in the lower half and the right half may be forcibly set to 0. Absent.
  • FIG. 8B shows the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficient of the upper half and the left half.
  • the quantization process will be performed using different quantization matrices.
  • the value of the quantization matrix corresponding to the DC coefficient located at the upper left end is the value of each element of the 8 ⁇ 8 base matrix. It may be configured to be set and encoded separately from the above. 12B and 12C show an example in which the value of the element located at the upper left end corresponding to the DC component is changed as compared with FIGS. 8B and 8C.
  • the quantization matrix shown in FIGS. 12B and 12C is set by separately encoding the information indicating "2" located in the DC portion in addition to the information of the base quantization matrix of FIG. 8A. Can be done. As a result, finer quantization control can be applied to the DC component of the orthogonal conversion coefficient, which has the greatest effect on image quality.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an image decoding device according to a second embodiment of the present invention.
  • an image decoding device that decodes the coded data generated in the first embodiment will be described as an example.
  • 201 is a terminal to which an encoded bit stream is input.
  • Reference numeral 202 denotes a separation / decoding unit, which separates the bitstream into code data related to information related to decoding processing and coefficients, and decodes the code data existing in the header part of the bitstream.
  • the quantization matrix code is separated and output to the subsequent stage.
  • the separation / decoding unit 202 performs the reverse operation of the integrated coding unit 111 of FIG.
  • Reference numeral 209 denotes a quantization matrix decoding unit, which decodes the quantization matrix code from the bit stream, reproduces the base quantization matrix, and further executes a process of generating each quantization matrix from the base quantization matrix.
  • Reference numeral 203 denotes a decoding unit, which decodes the code data output from the separation decoding unit 202 and reproduces (derives) the quantization coefficient and the prediction information.
  • Reference numeral 204 denotes an inverse quantization / inverse conversion unit, and similarly to the inverse quantization / inverse conversion unit 106 in FIG. 1, the regenerated quantization matrix and the quantization parameters are used to inverse quantize the quantization coefficient. This is performed to obtain the orthogonal conversion coefficient, and further inverse orthogonal conversion is performed to reproduce the prediction error.
  • the information for deriving the quantization parameter is also decoded from the bit stream by the decoding unit 203. Further, the function of performing dequantization and the function of performing dequantization may be configured separately.
  • 206 is a frame memory. Stores the image data of the reproduced picture.
  • the frame memory 206 is appropriately referred to to generate the prediction image data. Then, the reproduced image data is generated and output from the predicted image data and the predicted error reproduced by the inverse quantization / inverse conversion unit 204.
  • 207 is an in-loop filter unit. Similar to 109 in FIG. 1, the reproduced image is subjected to in-loop filter processing such as a deblocking filter, and the filtered image is output.
  • in-loop filter processing such as a deblocking filter
  • 208 is a terminal and outputs the reproduced image data to the outside.
  • bit stream generated in the first embodiment is input in frame units (picture units).
  • the bit stream for one frame input from the terminal 201 is input to the separation / decoding unit 202.
  • the separation / decoding unit 202 separates the bitstream into code data related to information related to decoding processing and coefficients, and decodes the code data existing in the header part of the bitstream. More specifically, the quantization matrix code data is reproduced.
  • the quantization matrix code data is extracted from the sequence header of the bitstream shown in FIG. 6A, and is output to the quantization matrix decoding unit 209.
  • the quantization matrix code data corresponding to the base quantization matrix shown in FIG. 8A is extracted and output.
  • the code data of the basic block unit of the picture data is reproduced and output to the decoding unit 203.
  • the quantization matrix decoding unit 209 first decodes the input quantization matrix code data, and reproduces the one-dimensional difference matrix shown in FIG. In the present embodiment, as in the first embodiment, decoding is performed using the coding table shown in FIG. 11A, but the coding table is not limited to this, and other as long as the same one as in the first embodiment is used. A coded table may be used. Further, the quantization matrix decoding unit 209 reproduces the two-dimensional quantization matrix from the reproduced one-dimensional difference matrix. Here, the operation opposite to the operation of the quantization matrix coding unit 113 of the first embodiment is performed. That is, in the present embodiment, the difference matrix shown in FIG. 10 regenerates and holds the base quantization matrix shown in FIG. 8A by using the scanning method shown in FIG.
  • the quantization matrix decoding unit 209 reproduces each element in the quantization matrix by sequentially adding each difference value in the difference matrix from the above-mentioned initial value. Then, the quantization matrix decoding unit 209 sequentially associates each of the reproduced one-dimensional elements with each element of the two-dimensional quantization matrix according to the scanning method shown in FIG. 9, thereby associating the two-dimensional quantization matrix with each element. To play.
  • the quantization matrix decoding unit 209 expands the regenerated base quantization matrix in the same manner as in the first embodiment to generate two types of 32 ⁇ 32 quantization matrices shown in FIGS. 8B and 8C. ..
  • the quantization matrix of FIG. 8B is a 32 ⁇ 32 quantization matrix in which each element of the 8 ⁇ 8 base quantization matrix of FIG. 8A is expanded four times by repeating it four times in the vertical and horizontal directions.
  • the quantization matrix of FIG. 8C is a 32 ⁇ 32 quantization matrix expanded by repeating each element of the upper left 4 ⁇ 4 portion of the base quantization matrix of FIG. 8A eight times in the vertical and horizontal directions.
  • the generated quantization matrix is not limited to this, and if the size of the quantization coefficient to be dequantized in the subsequent stage exists other than 32 ⁇ 32, 16 ⁇ 16, 8 ⁇ 8, 4 ⁇ 4 A quantization matrix corresponding to the size of the quantization coefficient to be dequantized may be generated. These generated quantization matrices are retained and used for the subsequent inverse quantization process.
  • the decoding unit 203 decodes the code data from the bit stream and reproduces the quantization coefficient and the prediction information.
  • the size of the sub-block to be decoded is determined based on the decoded prediction information, the regenerated quantization coefficient is output to the inverse quantization / inverse conversion unit 204, and the reproduced prediction information is output to the image reproduction unit 205. It is output.
  • the quantization coefficient of 32 ⁇ 32 for each subblock regardless of the size of the subblock to be decoded that is, 64 ⁇ 64 in FIG. 7A or 32 ⁇ 32 in FIG. 7B. Supposes to be regenerated.
  • the input quantization coefficient is inversely quantized using the quantization matrix reproduced by the quantization matrix decoding unit 209 and the quantization parameter, and the orthogonal conversion coefficient is performed. Is generated, and the prediction error is reproduced by performing inverse orthogonal transformation. More specific inverse quantization / inverse orthogonal conversion processing is described below.
  • the 32 ⁇ 3 quantization coefficient reproduced by the decoding unit 203 is inversely quantized using the quantization matrix of FIG. 8B, and the 32 ⁇ 32 Reproduce the orthogonal conversion factor. Then, the above-mentioned 32 ⁇ 32 transposed matrix is multiplied by the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation to calculate the intermediate coefficient of the 32 ⁇ 32 matrix. The 32 ⁇ 32 matrix intermediate coefficient is multiplied by the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix described above to reproduce the 32 ⁇ 32 prediction error. The same processing is performed for each 32 ⁇ 32 subblock.
  • the 32 ⁇ 32 quantization coefficient reproduced by the decoding unit 203 is inversely quantized using the quantization matrix of FIG. 8C, and is 32 ⁇ 32 orthogonal. Play the conversion factor. Then, the above-mentioned 32 ⁇ 64 transposed matrix is multiplied by the 32 ⁇ 32 orthogonal transformation to calculate the intermediate coefficient of the 32 ⁇ 64 matrix. The 32 ⁇ 64 matrix intermediate coefficient is multiplied by the 64 ⁇ 32 orthogonal transformation matrix described above to reproduce the 64 ⁇ 64 prediction error.
  • the reproduced prediction error is output to the image reproduction unit 205.
  • the quantization matrix used in the inverse quantization process is determined according to the size of the sub-block to be decoded determined by the prediction information reproduced by the decoding unit 203. That is, the quantization matrix of FIG. 8B is used for the inverse quantization process in each of the 32 ⁇ 32 subblocks of FIG. 7B, and the quantization matrix of FIG. 8C is used for the 64 ⁇ 64 subblock of FIG. 7A. .
  • the quantization matrix used is not limited to this, and may be the same as the quantization matrix used in the conversion / quantization unit 105 and the inverse quantization / inverse conversion unit 106 of the first embodiment.
  • the image reproduction unit 205 appropriately refers to the frame memory 206 based on the prediction information input from the decoding unit 203, acquires the data necessary for reproducing the prediction image, and reproduces the prediction image.
  • the prediction unit 104 of the first embodiment two types of prediction methods, intra prediction and inter prediction, are used. Further, as described above, a prediction method that combines intra-prediction and inter-prediction may be used. Further, as in the first embodiment, the prediction process is performed in sub-block units.
  • the image reproduction unit 205 reproduces image data from the prediction image generated by the prediction processing and the prediction error input from the inverse quantization / inverse conversion unit 204. Specifically, the image reproduction unit 205 reproduces the image data by adding the predicted image and the prediction error.
  • the reproduced image data is appropriately stored in the frame memory 206.
  • the stored image data is appropriately referred to when predicting other sub-blocks.
  • the in-loop filter unit 207 reads the reproduced image from the frame memory 206 and performs in-loop filter processing such as a deblocking filter. Then, the filtered image is input to the frame memory 206 again.
  • the reproduced image stored in the frame memory 206 is finally output from the terminal 208 to the outside.
  • the reproduced image is output to, for example, an external display device or the like.
  • FIG. 4 is a flowchart showing an image decoding process in the image decoding apparatus according to the second embodiment.
  • step S401 the separation / decoding unit 202 separates the bit stream into code data related to information related to decoding processing and coefficients, and decodes the code data of the header portion. More specifically, the quantization matrix code data is reproduced.
  • step S402 the quantization matrix decoding unit 209 first decodes the quantization matrix code data reproduced in step S401, and reproduces the one-dimensional difference matrix shown in FIG. Next, the quantization matrix decoding unit 209 reproduces the two-dimensional base quantization matrix from the reproduced one-dimensional difference matrix. Further, the quantization matrix decoding unit 209 expands the regenerated two-dimensional base quantization matrix to generate a quantization matrix.
  • the quantization matrix decoding unit 209 reproduces the difference matrix shown in FIG. 10 and the base quantization matrix shown in FIG. 8A by using the scanning method shown in FIG. Further, the quantization matrix decoding unit 209 expands the regenerated base quantization matrix to generate and hold the quantization matrix shown in FIGS. 8B and 8C.
  • step S403 the decoding unit 203 decodes the code data separated in step S401 and reproduces the quantization coefficient and the prediction information. Further, the size of the subblock to be decoded is determined based on the decoded prediction information. In the present embodiment, the quantization coefficient of 32 ⁇ 32 is reproduced for each subblock regardless of the size of the subblocks to be decoded, that is, 64 ⁇ 64 in FIG. 7A or 32 ⁇ 32 in FIG. 7B. And.
  • step S404 the inverse quantization / inverse conversion unit 204 performs inverse quantization on the quantization coefficient using the quantization matrix reproduced in step S402 to obtain the orthogonal conversion coefficient, and further performs inverse orthogonal conversion. , Reproduce the prediction error.
  • the quantization matrix used in the inverse quantization process is determined according to the size of the subblock to be decoded determined by the prediction information reproduced in step S403. That is, the quantization matrix of FIG. 8B is used for the inverse quantization process in each of the 32 ⁇ 32 subblocks of FIG. 7B, and the quantization matrix of FIG. 8C is used for the 64 ⁇ 64 subblock of FIG. 7A. ..
  • the quantization matrix used is not limited to this, and may be the same as the quantization matrix used in steps S306 and S307 of the first embodiment.
  • step S405 the image reproduction unit 205 reproduces the predicted image from the predicted information generated in step S403.
  • two types of prediction methods intra prediction and inter prediction, are used. Further, the image data is reproduced from the reproduced predicted image and the predicted error generated in step S404.
  • step S406 the image decoding apparatus determines whether or not all the basic blocks in the frame have been decoded, and if so, proceeds to step S407, otherwise the next basic block is targeted. Return to step S403.
  • step S407 the in-loop filter unit 207 performs in-loop filter processing on the image data reproduced in step S405, generates a filtered image, and ends the processing.
  • the quantization is controlled for each frequency component using the quantization matrix even for the subblock generated in the first embodiment in which only the low-frequency orthogonal conversion coefficient is quantized and encoded. It is possible to decode a bit stream with improved subjective image quality. Further, for the subblock in which only the low-frequency orthogonal conversion coefficient is quantized and encoded, a quantization matrix obtained by enlarging only the low-frequency part of the base quantization matrix as shown in FIG. 8C is used, which is optimal for the low-frequency part. It is possible to decode a bit stream that has undergone quantization control.
  • the base quantization matrix of FIG. 8A which is commonly used for the generation of the quantization matrix of FIGS. 8B and 8C, is decoded. It may be configured to decode the 8C quantization matrix itself. In that case, since a unique value can be set for each frequency component of each quantization matrix, it is possible to decode a bit stream that realizes finer quantization control for each frequency component.
  • the quantization matrix corresponding to the orthogonal conversion coefficient of 64 ⁇ 64 is an 8 ⁇ 8 base quantization matrix instead of enlarging the upper left 4 ⁇ 4 portion of the 8 ⁇ 8 base quantization matrix by 8 times. The whole may be magnified four times. In this way, finer quantization control can be realized even for an orthogonal conversion coefficient of 64 ⁇ 64.
  • the quantization matrix for the 64 ⁇ 64 subblock using zero out is uniquely determined, but it may be configured to be selectable by introducing an identifier.
  • FIG. 6B selectively introduces a quantization matrix coding method information code to selectively encode a quantization matrix for a 64 ⁇ 64 subblock using zero out.
  • FIG. 8C which is an independent quantization matrix
  • FIG. 8B which is a quantization matrix for a normal non-zero-out subblock, is used for a 64 ⁇ 64 sub-block using zero-out.
  • the number of sub-blocks processed using zero-out is only 64 ⁇ 64, but the number of sub-blocks processed using zero-out is not limited to this.
  • the lower half and the right half of the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficients are not decoded, and the upper half and the upper half It may be configured to decode only the quantization coefficient of the left half.
  • FIG. 8B shows the 32 ⁇ 32 orthogonal conversion coefficients in the upper half and the left half.
  • the quantization process will be performed using different quantization matrices.
  • the value of the quantization matrix corresponding to the DC coefficient located at the upper left end is the value of each element of the 8 ⁇ 8 base matrix. It may be configured to be decoded and set separately. 12B and 12C show an example in which the value of the element located at the upper left end corresponding to the DC component is changed as compared with FIGS. 8B and 8C.
  • the quantization matrix shown in FIGS. 12B and 12C can be set by separately decoding the information indicating "2" located in the DC portion in addition to the information of the base quantization matrix of FIG. 8A. it can. As a result, it is possible to decode a bit stream in which finer quantization control is applied to the DC component of the orthogonal conversion coefficient, which has the greatest effect on image quality.
  • FIGS. 1 and 2 Each processing unit shown in FIGS. 1 and 2 has been described in the above embodiment as being configured by hardware. However, the processing performed by each processing unit shown in these figures may be configured by a computer program.
  • FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of computer hardware applicable to the image coding device and the image decoding device according to each of the above embodiments.
  • the CPU 501 controls the entire computer by using the computer programs and data stored in the RAM 502 and the ROM 503, and also executes each of the above-described processes as performed by the image processing apparatus according to each of the above embodiments. That is, the CPU 501 functions as each processing unit shown in FIGS. 1 and 2.
  • the RAM 502 has an area for temporarily storing computer programs and data loaded from the external storage device 506, data acquired from the outside via the I / F (interface) 507, and the like. Further, the RAM 502 has a work area used by the CPU 501 when executing various processes. That is, the RAM 502 can be allocated as a frame memory, for example, or can provide various other areas as appropriate.
  • the ROM 503 stores the setting data of this computer, the boot program, and the like.
  • the operation unit 504 is composed of a keyboard, a mouse, and the like, and can be operated by a user of the computer to input various instructions to the CPU 501.
  • the output unit 505 outputs the processing result by the CPU 501.
  • the output unit 505 is composed of, for example, a liquid crystal display.
  • the external storage device 506 is a large-capacity information storage device represented by a hard disk drive device.
  • the external storage device 506 stores an OS (operating system) and a computer program for realizing the functions of the respective parts shown in FIGS. 1 and 2 in the CPU 501. Further, each image data as a processing target may be stored in the external storage device 506.
  • the computer programs and data stored in the external storage device 506 are appropriately loaded into the RAM 502 according to the control by the CPU 501, and are processed by the CPU 501.
  • a network such as a LAN or the Internet, or other devices such as a projection device or a display device can be connected to the I / F 507, and the computer acquires and sends various information via the I / F 507. Can be done.
  • Reference numeral 508 is a bus connecting the above-mentioned parts.
  • the CPU 501 plays a central role in controlling the operation described in the above flowchart for the operation having the above configuration.
  • Each embodiment can also be achieved by supplying a storage medium in which the code of the computer program that realizes the above-mentioned functions is recorded to the system, and the system reads and executes the code of the computer program.
  • the computer program code itself read from the storage medium realizes the function of the above-described embodiment, and the storage medium storing the computer program code constitutes the present invention. It also includes cases where the operating system (OS) running on the computer performs part or all of the actual processing based on the instructions in the code of the program, and the processing realizes the above-mentioned functions. ..
  • OS operating system
  • the computer program code read from the storage medium is written to the memory provided in the function expansion card inserted in the computer or the function expansion unit connected to the computer. Then, based on the instruction of the code of the computer program, the function expansion card, the CPU provided in the function expansion unit, or the like performs a part or all of the actual processing to realize the above-mentioned function.
  • the method of forcibly setting a part of the orthogonal conversion coefficients to 0 can be executed more efficiently.

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Abstract

直交変換手段は、Ｐ×Ｑ画素のブロックの予測誤差に対して直交変換を実行することによって、Ｎ×Ｍ個（ＮはＮ＜Ｐを満たす整数、かつ、ＭはＭ＜Ｑを満たす整数）の直交変換係数を生成する。量子化手段は、Ｎ×Ｍ個の要素を有する量子化マトリクスを少なくとも用いてＮ×Ｍ個の直交変換係数を量子化して、Ｎ×Ｍ個の量子化係数を生成する。

Description

画像符号化装置、画像符号化方法、及びプログラム
　本発明は画像符号化技術に関する。
　動画像を圧縮する符号化方式として、ＨＥＶＣ（Ｈｉｇｈ　Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　Ｖｉｄｅｏ　Ｃｏｄｉｎｇ）符号化方式（以下、ＨＥＶＣと記す）が知られている。ＨＥＶＣでは符号化効率の向上のため、従来のマクロブロック（１６×１６画素）より大きなサイズの基本ブロックが採用された。この大きなサイズの基本ブロックはＣＴＵ（Ｃｏｄｉｎｇ　Ｔｒｅｅ　Ｕｎｉｔ）と呼ばれ、そのサイズは最大６４×６４画素である。ＣＴＵはさらに予測や変換を行う単位となるサブブロックに分割される。
　また、ＨＥＶＣにおいては、直交変換を施した後の係数（以下、直交変換係数と記す）を、周波数成分に応じて重み付けをするために量子化マトリクスが用いられている。量子化マトリクスが用いることで、人間の視覚において劣化が目立ちにくい高周波成分のデータを、低周波成分のデータよりも削減することで、画質を維持しながら圧縮効率を高めることが可能となっている。特開２０１３－３８７５８では、このような量子化マトリクスを示す情報を符号化する技術が開示されている。
　また、近年、ＨＥＶＣの後継としてさらに高効率な符号化方式の国際標準化を行う活動が開始されている。具体的には、ＩＳＯ／ＩＥＣとＩＴＵ－Ｔとによって設立されたＪＶＥＴ（Ｊｏｉｎｔ　Ｖｉｄｅｏ　Ｅｘｐｅｒｔｓ　Ｔｅａｍ）によって、ＶＶＣ（Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｖｉｄｅｏ　Ｃｏｄｉｎｇ）符号化方式（以下、ＶＶＣ）の標準化が進められている。この標準化において、符号化効率の向上のため、直交変換を行う際のブロックサイズが大きい場合に、高周波成分の直交変換係数を強制的に０とすることで符号量を削減する新たな手法（以下、ゼロアウトと呼称する）が検討されている。
特開２０１３－３８７５８
　一部の直交変換係数を強制的に０とする手法をより効率的に実行するために、例えば、以下の構成を有する。すなわち、Ｐ×Ｑ画素（Ｐ及びＱは整数）のブロックを含む複数のブロック単位で画像を符号化してビットストリームを生成することが可能な画像符号化装置において、前記Ｐ×Ｑ画素のブロックの予測誤差に対して直交変換を実行することによって、Ｎ×Ｍ個（ＮはＮ＜Ｐを満たす整数、かつ、ＭはＭ＜Ｑを満たす整数）の直交変換係数を生成する直交変換手段と、Ｎ×Ｍ個の要素を有する量子化マトリクスを少なくとも用いて前記Ｎ×Ｍ個の直交変換係数を量子化して、Ｎ×Ｍ個の量子化係数を生成する量子化手段とを有する。
実施形態１における画像符号化装置の構成を示すブロック図である。 実施形態２における画像復号装置の構成を示すブロック図である。 実施形態１に係る画像符号化装置における画像符号化処理を示すフローチャートである。 実施形態２に係る画像復号装置における画像復号処理を示すフローチャートである。 本発明の画像符号化装置や画像復号装置に適用可能なコンピュータのハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施形態１で出力されるビットストリームの一例を示す図である。 実施形態１で出力されるビットストリームの一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられるサブブロック分割の一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられるサブブロック分割の一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられるサブブロック分割の一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられるサブブロック分割の一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられるサブブロック分割の一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられるサブブロック分割の一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの各要素の走査方法を示す図である。 実施形態１および実施形態２で生成される量子化マトリクスの差分値行列を示す図である。 量子化マトリクスの差分値の符号化に用いられる符号化テーブルの一例を示す図である。 量子化マトリクスの差分値の符号化に用いられる符号化テーブルの一例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの他の例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの他の例を示す図である。 実施形態１および実施形態２で用いられる量子化マトリクスの他の例を示す図である。
　本発明の実施の形態を、添付の図面に基づいて説明する。なお、以下の実施形態において示す構成は一例であり、本発明は以下の実施形態で説明する構成に限定されるものではない。なお、基本ブロックや、サブブロック、量子化マトリクス、ベース量子化マトリクスといった呼称は、各実施形態において便宜的に用いている呼称であり、その意味が変わらない範囲で、適宜、他の呼称を用いてもよい。例えば、基本ブロックやサブブロックは、基本ユニットやサブユニットと称されてもよいし、単にブロックやユニットと称されてもよい。また、以下の説明において、長方形とは、一般的な定義の通り、４つの内角が直角であり、２本の対角線が等しい長さを持つ四角形であるものとする。また、正方形とは、一般的な定義の通り、長方形の内、４つの角がすべて等しく４つの辺がすべて等しい四角形であるものとする。つまり、正方形は長方形の一種であるものとする。
　＜実施形態１＞
　以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。
　まず、ゼロアウト（ｚｅｒｏｉｎｇ　ｏｕｔ）について、より詳細に説明する。ゼロアウトとは、前述のように、符号化対象のブロックの直交変換係数の一部を強制的に０とする処理である。例えば、入力画像（ピクチャ）における６４×６４画素のブロックが符号化対象のブロックであるとする。このとき、直交変換係数についても６４×６４のサイズとなる。ゼロアウトとは、例えば、この６４×６４の直交変換係数の一部について、仮に、直交変換の結果、０ではない値を有する場合であっても、０であると見做して符号化を行う処理である。例えば、２次元の直交変換係数におけるＤＣ成分を含む左上の所定の範囲に対応する低周波成分については強制的に０とする対象とはせずに、それら低周波成分よりも高い周波数成分に対応する直交変換係数については、常に０とする。
　次に、本実施形態の画像符号化装置について説明する。図１は本実施形態の画像符号化装置を示すブロック図である。図１において、１０１は画像データを入力する端子である。
　１０２はブロック分割部であり、入力画像を複数の基本ブロックに分割し、基本ブロック単位の画像を後段に出力する。
　１０３は、量子化マトリクスを生成し、格納する量子化マトリクス保持部である。ここで、量子化マトリクスとは、周波数成分に応じて、直交変換係数に対する量子化処理を重み付けするためのものである。後述する量子化処理における、各直交変換係数のための量子化ステップは、一例として、基準となるパラメータ値（量子化パラメータ）に基づくスケール値（量子化スケール）に、量子化マトリクスにおける各要素の値を乗算することで重み付けされる。
　量子化マトリクス保持部１１０によって格納される量子化マトリクスの生成方法については特に限定しない。例えば、ユーザが量子化マトリクスを示す情報を入力してもよいし、入力画像の特性から画像符号化装置が算出してもよい。また、初期値として予め指定されたものを使用してもよい。本実施形態では、図８Ａに示される８×８のベース量子化マトリクスに加え、ベース量子化マトリクスを拡大して生成された、図８Ｂ、図８Ｃに示される２種類の３２×３２の二次元の量子化マトリクスが生成され、格納されるものとする。図８Ｂの量子化マトリクスは、図８Ａの８×８のベース量子化マトリクスの各要素を、垂直・水平方向に４回繰り返すことで４倍に拡大した３２×３２の量子化マトリクスである。一方、図８Ｃの量子化マトリクスは、図８Ａのベース量子化マトリクスの左上４×４部分の各要素を、垂直・水平方向に８回繰り返すことで拡大した３２×３２の量子化マトリクスである。
　以上のように、ベース量子化マトリクスは、８×８画素のサブブロックにおける量子化だけではなく、ベース量子化マトリクスよりも大きなサイズの量子化マトリクスを作成するためにも使用される量子化マトリクスである。なお、ベース量子化マトリクスのサイズは８×８であるものとするが、このサイズに限られない。また、サブブロックのサイズに応じて別のベース量子化マトリクスを用いてもよい。例えば、８×８、１６×１６、３２×３２の３種類のサブブロックが用いられる場合、それぞれに対応する３種類のベース量子化マトリクスを用いることもできる。
　１０４は予測部であり、基本ブロック単位の画像データに対し、サブブロック分割を決定する。つまり、基本ブロックをサブブロックへと分割するか否かを決定し、分割するとすればどのように分割するか決定する。サブブロックへ分割しない場合、サブブロックは基本ブロックと同じサイズとなる。サブブロックは正方形でもよいし、正方形以外の長方形（非正方形）であってもよい。
　そして、予測部１０４は、サブブロック単位でフレーム内予測であるイントラ予測や、フレーム間予測であるインター予測などを行い、予測画像データを生成する。
　例えば、予測部１０４は、１つのサブブロックに対して行う予測方法を、イントラ予測及びインター予測の中から選択し、選択した予測を行って、当該サブブロックのための予測画像データを生成する。ただし、用いられる予測方法はこれらに限定されず、イントラ予測とインター予測とを組み合わせた予測などを用いてもよい。
　さらに、予測部１０４は、入力された画像データと前記予測画像データから予測誤差を算出し、出力する。例えば、予測部１０４は、サブブロックの各画素値と、当該サブブロックに対する予測によって生成された予測画像データの各画素値との差分を算出し、それを予測誤差として算出する。
　また、予測部１０４は、予測に必要な情報、例えばサブブロックの分割状態を示す情報、当該サブブロックの予測方法を示す予測モードや、動きベクトル等の情報も予測誤差と併せて出力する。以下ではこの予測に必要な情報を予測情報と総称する。
　１０５は変換・量子化部である。変換・量子化部１０５は、予測部１０４によって算出された予測誤差をサブブロック単位で直交変換して、予測誤差の各周波数成分を表す直交変換係数を獲得する。そして、変換・量子化部１０５は、さらに量子化マトリクス保持部１０３に格納されている量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて量子化を行い、量子化された直交変換係数である量子化係数を獲得する。なお、直交変換を行う機能と、量子化を行う機能とは別々の構成にしてもよい。
　１０６は逆量子化・逆変換部である。逆量子化・逆変換部１０６は、変換・量子化部１０５から出力された量子化係数を量子化マトリクス保持部１０３に格納されている量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて逆量子化して直交変換係数を再生する。そして、逆量子化・逆変換部１０６は、さらに逆直交変換して予測誤差を再生する。このように、量子化マトリクスと量子化パラメータとを用いて、直交変換係数を再生（導出）する処理を逆量子化と称するものとする。なお、逆量子化を行う機能と、逆量子化を行う機能とは別々の構成にしてもよい。また、画像復号装置が量子化パラメータを導出するための情報も符号化部１１０によってビットストリームに符号化される。
　１０８は、再生された画像データを格納しておくフレームメモリである。
　１０７は、画像再生部である。予測部１０４から出力された予測情報に基づいて、フレームメモリ１０８を適宜参照して予測画像データを生成し、これと入力された予測誤差から再生画像データを生成し、出力する。
　１０９は、インループフィルタ部である。再生画像に対し、デブロッキングフィルタやサンプルアダプティブオフセットなどのインループフィルタ処理を行い、フィルタ処理された画像を出力する。
　１１０は、符号化部である。変換・量子化部１０５から出力された量子化係数および予測部１０４から出力された予測情報を符号化して、符号データを生成し出力する。
　１１３は、量子化マトリクス符号化部である。量子化マトリクス保持部１０３から出力されたベース量子化マトリクスを符号化して、画像復号装置がベース量子化マトリクスを導出するための量子化マトリクス符号データを生成し出力する。
　１１１は、統合符号化部である。量子化マトリクス符号化部１１３からの出力である量子化マトリクス符号データを用いて、ヘッダ符号データを生成する。さらに符号化部１１０から出力された符号データと合わせて、ビットストリームを形成して出力する。
　１１２は、端子であり、統合符号化部１１１で生成されたビットストリームを外部に出力する。
　上記画像符号化装置における画像の符号化動作を以下に説明する。本実施形態では動画像データをフレーム単位に入力する構成とする。さらに本実施形態では説明のため、ブロック分割部１０１においては６４×６４画素の基本ブロックに分割するものとして説明するが、これに限定されない。例えば、１２８×１２８画素のブロックを基本ブロックとしてもよいし、３２×３２画素のブロックを基本ブロックとしてもよい。
　画像符号化装置は、画像の符号化に先立ち、量子化マトリクスの生成および符号化を行う。なお、以下の説明において、一例として、量子化マトリクス８００や各ブロックにおける水平方向をｘ座標、垂直方向をｙ座標とし、それぞれ、右方向を正、下方向を正とする。また、量子化マトリクス８００における左上端の要素の座標を（０，０）とする。つまり、８×８のベース量子化マトリクスの右下端の要素の座標は、（７，７）となる。３２×３２の量子化マトリクスの右下端の要素の座標は（３１，３１）となる。
　最初に、量子化マトリクス保持部１０３は量子化マトリクスを生成する。サブブロックのサイズや量子化される直交変換係数のサイズ、予測方法の種類に応じて、量子化マトリクスが生成される。本実施形態では、まず図８Ａに示された後述の量子化マトリクスの生成に用いられる８×８のベース量子化マトリクスが生成される。次に、このベース量子化マトリクスを拡大し、図８Ｂおよび図８Ｃに示される２種類の３２×３２の量子化マトリクスを生成する。図８Ｂの量子化マトリクスは、図８Ａの８×８のベース量子化マトリクスの各要素を、垂直・水平方向に４回繰り返すことで４倍に拡大した３２×３２の量子化マトリクスである。
　つまり、図８Ｂに示す例では、３２×３２の量子化マトリクスにおけるｘ座標が０～３及びｙ座標が０～３の範囲内の各要素には、ベース量子化マトリクスの左上端の要素の値である１が割り当てられることとなる。また、３２×３２の量子化マトリクスにおけるｘ座標が２８～３１及びｙ座標が２８～３１の範囲内の各要素には、ベース量子化マトリクスの右下端の要素の値である１５が割り当てられることとなる。図８Ｂの例では、ベース量子化マトリクスにおける各要素の値の全てが、３２×３２の量子化マトリクスの各要素の内のいずれかに割り当てられている。
　一方、図８Ｃの量子化マトリクスは、図８Ａのベース量子化マトリクスの左上４×４部分の各要素を、垂直・水平方向に８回繰り返すことで拡大した３２×３２の量子化マトリクスである。
　つまり、図８Ｃに示す例では、３２×３２の量子化マトリクスにおけるｘ座標が０～７及びｙ座標が０～７の範囲内の各要素には、ベース量子化マトリクスの左上４×４部分の左上端の要素の値である１が割り当てられることとなる。また、３２×３２の量子化マトリクスにおけるｘ座標が２４～３１及びｙ座標が２４～３１の範囲内の各要素には、ベース量子化マトリクスの左上４×４部分の右下端の要素の値である７が割り当てられることとなる。図８Ｃの例では、ベース量子化マトリクスにおける各要素の値の左上４×４部分（ｘ座標が０～３及びｙ座標が０～３の範囲）に対応する要素の値だけが、３２×３２の量子化マトリクスの各要素に割り当てられている。
　ただし、生成される量子化マトリクスはこれに限定されず、量子化される直交変換係数のサイズが３２×３２以外にも存在する場合は、１６×１６や８×８、４×４など、量子化される直交変換係数のサイズに対応した量子化マトリクスが生成されてもよい。ベース量子化マトリクスや量子化マトリクスを構成する各要素の決定方法は特に限定されない。例えば、所定の初期値を用いてもよいし、個別に設定してもよい。また、画像の特性に応じて生成されても構わない。
　量子化マトリクス保持部１０３には、このようにして生成されたベース量子化マトリクスや量子化マトリクスが保持される。図８Ｂは後述の３２×３２のサブブロック、図８Ｃは６４×６４のサブブロックに対応する直交変換係数の量子化に用いられる量子化マトリクスの一例である。太枠の８００は、量子化マトリクスを表している。説明を簡易にするため、それぞれ３２×３２の１０２４画素分の構成とし、太枠内の各正方形は量子化マトリクスを構成している各要素を表しているものとする。本実施形態では、図８Ｂ、図８Ｃに示された三種の量子化マトリクスが二次元の形状で保持されているものとするが、量子化マトリクス内の各要素はもちろんこれに限定されない。また、量子化される直交変換係数のサイズによって、あるいは符号化対象が輝度ブロックか色差ブロックかによって、同じ予測方法に対して複数の量子化マトリクスを保持することも可能である。一般的に、量子化マトリクスは人間の視覚特性に応じた量子化処理を実現するため、図８Ｂ、図８Ｃに示すように量子化マトリクスの左上部分に相当する低周波部分の要素は小さく、右下部分に相当する高周波部分の要素は大きくなっている。
　量子化マトリクス符号化部１１３は、二次元形状で格納されているベース量子化マトリクスの各要素を量子化マトリクス保持部１０６から順に読み出し、各要素を走査して差分を計算し、その各差分を一次元の行列に配置する。本実施形態では、図８Ａに示されたベース量子化マトリクスは図９に示された走査方法を用い、要素ごとに走査順に直前の要素との差分を計算するものとする。例えば図８Ａで示された８×８のベース量子化マトリクスは図９で示された走査方法によって走査されるが、左上に位置する最初の要素１の次はそのすぐ下に位置する要素２が走査され、差分である＋１が計算される。また、量子化マトリクスの最初の要素（本実施形態では１）の符号化には、所定の初期値（例えば８）との差分を計算するものとするが、もちろんこれに限定されず、任意の値との差分や、最初の要素の値そのものを用いてもよい。
　このようにして、本実施形態では、図８Ａのベース量子化マトリクスは、図９の走査方法を用い、図１０に示される差分行列が生成される。量子化マトリクス符号化部１１３はさらに前記差分行列を符号化して量子化マトリクス符号データを生成する。本実施形態では図１１Ａに示される符号化テーブルを用いて符号化するものとするが、符号化テーブルはこれに限定されず、例えば図１１Ｂに示される符号化テーブルを用いてもよい。このようにして生成された量子化マトリクス符号データは後段の統合符号化部１１１に出力される。
　図１に戻り、統合符号化部１１１では画像データの符号化に必要なヘッダ情報を符号化し、量子化マトリクスの符号データを統合する。
　続いて、画像データの符号化が行われる。端子１０１から入力された１フレーム分の画像データはブロック分割部１０２に入力される。
　ブロック分割部１０２では、入力された画像データを複数の基本ブロックに分割し、基本ブロック単位の画像を予測部１０４に出力する。本実施形態では６４×６４画素の基本ブロック単位の画像を出力するものとする。
　予測部１０４では、ブロック分割部１０２から入力された基本ブロック単位の画像データに対し予測処理を実行する。具体的には、基本ブロックをさらに細かいサブブロックに分割するサブブロック分割を決定し、さらにサブブロック単位でイントラ予測やインター予測などの予測モードを決定する。
　図７にサブブロック分割方法の一例を示す。太枠の７００は基本ブロックを表しており、説明を簡易にするため、６４×６４画素の構成とし、太枠内の各四角形はサブブロックを表すものとする。図７Ｂは四分木の正方形サブブロック分割の一例を表しており、６４８×６４画素の基本ブロックは３２×３２画素のサブブロックに分割されている。一方、図７Ｃ～図７Ｆは長方形サブブロック分割の一例を表しており、図７Ｃでは基本ブロックは３２×６４画素の縦長、図７Ｄでは６４×３２画素の横長の長方形のサブブロックに分割されている。また、図７Ｅ、図７Ｆでは、１：２：１の比で長方形サブブロックに分割されている。このように正方形だけではなく、正方形以外の長方形のサブブロックも用いて符号化処理を行っている。また、基本ブロックを更に複数の正方形のブロックに分割し、その分割した正方形のブロックを基準としてサブブロック分割を行ってもよい。言い換えると、基本ブロックのサイズは６４×６４画素に限定されず、また、複数のサイズの基本ブロックを用いてもよい。
　また、本実施形態では、６４×６４画素の基本ブロックを分割しない図７Ａ、および、図７Ｂのような四分木分割のみが用いられるものとするが、サブブロック分割方法はこれに限定されない。図７Ｅ、図７Ｆのような三分木分割または図７Ｃや図７Ｄのような二分木分割を用いても構わない。図７Ａや図７Ｂ以外のサブブロック分割も用いられる場合には、量子化マトリクス保持部１０３にて使用されるサブブロックに対応する量子化マトリクスが生成される。また、生成された量子化マトリクスに対応する新たなベース量子化マトリクスも生成される場合は量子化マトリクス符号化部１１３にて新たなベース量子化マトリクスも符号化されることとなる。
　また、本実施形態で用いられる予測部１９４による予測方法について、更に詳細に説明する。本実施形態では、一例として、イントラ予測、インター予測の２種類の予測方法が用いられるものとする。イントラ予測は符号化対象ブロックの空間的に周辺に位置する符号化済画素を用いて符号化対象ブロックの予測画素を生成し、水平予測や垂直予測、ＤＣ予測などのイントラ予測方法の内、使用したイントラ予測方法を示すイントラ予測モードの情報も生成する。インター予測は符号化対象ブロックとは時間的に異なるフレームの符号化済画素を用いて符号化対象ブロックの予測画素を生成し、参照するフレームや動きベクトルなどを示す動き情報も生成する。なお、前述のように、予測部１９４は、イントラ予測とインター予測とを組み合わせた予測方法を用いてもよい。
　決定した予測モードおよび符号化済の画素から予測画像データを生成し、さらに入力された画像データと前記予測画像データから予測誤差が生成され、変換・量子化部１０５に出力される。また、サブブロック分割や予測モードなどの情報は予測情報として、符号化部１１０、画像再生部１０７に出力される。
　変換・量子化部１０５では、入力された予測誤差に直交変換・量子化を行い、量子化係数を生成する。まずはサブブロックのサイズに対応した直交変換処理が施されて直交変換係数が生成され、次に直交変換係数を予測モードに応じて量子化マトリクス保持部１０３に格納されている量子化マトリクスを用いて量子化し、量子化係数を生成する。より具体的な直交変換・量子化処理について、以下で説明する。
　図７Ｂで示された３２×３２のサブブロック分割が選択された場合には、３２×３２の予測誤差に対し、３２×３２の直交変換行列を用いた直交変換を施し、３２×３２の直交変換係数を生成する。具体的には、離散コサイン変換（ＤＣＴ）に代表される３２×３２の直交変換行列と３２×３２の予測誤差の乗算を行い３２×３２の行列状の中間係数を算出する。この３２×３２の行列状の中間係数に対し、さらに、前述の３２×３２の直交変換行列の転置行列との乗算を行い、３２×３２の直交変換係数を生成する。こうして生成された３２×３２の直交変換係数に対し、図８Ｂで示された３２×３２の量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて量子化し、３２×３２の量子化係数を生成する。６４×６４の基本ブロックの中には３２×３２のサブブロックが４つ存在しているため、上述の処理を４回繰り返す。
　一方、図７Ａで示す６４×６４の分割状態（分割無し）が選択された場合には、６４×６４の予測誤差に対し、６４×６４の直交変換行列における奇数番目の行（以下、奇数行と称する）を間引いて生成された３２×６４の直交変換行列が用いられる。つまり、この奇数行を間引いて生成された３２×６４の直交変換行列を用いた直交変換を施すことによって、３２×３２の直交変換係数を生成する。
　具体的には、まず６４×６４の直交変換行列から奇数行を間引いて６４×３２の直交変換行列を生成する。そしてこの６４×３２の直交変換行列と６４×６４の予測誤差の乗算を行い、６４×３２の行列状の中間係数を生成する。この６４×３２の行列状の中間係数に対し、前述の６４×３２の直交変換行列を転置させた３２×６４の転置行列との乗算を行い、３２×３２の直交変換係数を生成する。そして、変換・量子化部１０５は、生成した３２×３２の直交変換係数を６４×６４の直交変換係数の左上部分（ｘ座標が０～３１及びｙ座標が０～３１の範囲）の係数とし、その他を０とすることで、ゼロアウトを実行する。
　本実施形態では、このように、６４×６４の予測誤差に対して、６４×３２の直交変換行列と、この６４×３２の直交変換行列を転置させた３２×６４の転置行列とを用いて直交変換を行う。このように３２×３２の直交変換係数を生成することでゼロアウトを実行する。これにより、６４×６４の直交変換を行って生成された６４×６４の直交変換係数の一部を、その値が０でない場合であっても強制的に０とする手法よりも少ない演算量で３２×３２の直交変換係数を生成できる。つまり、６４×６４の直交変換行列を用いて直交変換を行って、その結果、ゼロアウトの対象となる直交変換係数が、０であるか否かに関わらずに０と見做して符号化する場合と比較して、直交変換における演算量を低減することができる。なお、６４×６４の予測誤差から直交変換係数によって３２×３２の直交変換係数を算出する方法を用いれば演算量を低減させることができるが、ゼロアウトする方法はこの方法に限られず種々の方法を用いることもできる。
　また、ゼロアウトを実行する場合、ゼロアウトの対象となった範囲の直交変換係数が０であることを示す情報を符号化してもよいし、単に、ゼロアウトが行われたことを示す情報（フラグ等）を符号化してもよい。画像復号装置はそれらの情報を復号することで、ゼロアウトの対象を０と見做して、各ブロックを復号することができる。
　次に、このように生成された３２×３２の直交変換係数に対し、変換・量子化部１０５は、図８Ｃで示された３２×３２の量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて量子化し、３２×３２の量子化係数を生成する。
　本実施形態では、３２×３２のサブブロックに対応した３２×３２の直交変換係数には図８Ｂの量子化マトリクスが用いられ、６４×６４のサブブロックに対応した３２×３２の直交変換係数には図８Ｃの量子化マトリクスが用いられるものとする。つまり、ゼロアウトが実行されていない３２×３２の直交変換係数には図８Ｂを用い、ゼロアウトが実行された６４×６４のサブブロックに対応した３２×３２の直交変換係数には図８Ｃの量子化マトリクスが用いられるものとする。ただし、使用される量子化マトリクスはこれに限定されない。生成された量子化係数は符号化部１１０および逆量子化・逆変換部１０６に出力される。
　逆量子化・逆変換部１０６では、入力された量子化係数を量子化マトリクス保持部１０３に格納されている量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて逆量子化して直交変換係数を再生する。そして、逆量子化・逆変換部１０６は、さらに再生された直交変換係数を逆直交変換して予測誤差を再生する。逆量子化処理には、変換・量子化部１０５同様、符号化対象のサブブロックの大きさに対応した量子化マトリクスが用いられる。より具体的な逆量子化・逆変換部１０６による逆量子化・逆直交変換処理について、以下に説明する。
　図７Ｂの３２×３２のサブブロック分割が選択されている場合、逆量子化・逆変換部１０６は、変換・量子化部１０５で生成された３２×３２の量子化係数は図８Ｂの量子化マトリクスを用いて逆量子化し、３２×３２の直交変換係数を再生する。そして、逆量子化・逆変換部１０６は、前述の３２×３２の転置行列と３２×３２の直交変換との乗算を行い、３２×３２の行列状の中間係数を算出する。そして、逆量子化・逆変換部１０６は、この３２×３２の行列状の中間係数と前述の３２×３２の直交変換行列との乗算を行い３２×３２の予測誤差を再生する。各３２×３２サブブロックに対して同様の処理を行う。一方、図７Ａのように、分割無しが選択されている場合、変換・量子化部１０５で生成された３２×３２の量子化係数は図８Ｃの量子化マトリクスを用いて逆量子化され、３２×３２の直交変換係数を再生する。そして、前述の３２×６４の転置行列と３２×３２の直交変換との乗算を行い、３２×６４の行列状の中間係数を算出する。この３２×６４の行列状の中間係数と前述の６４×３２の直交変換行列との乗算を行い、６４×６４の予測誤差を再生する。本実施形態では、サブブロックの大きさに応じて、変換・量子化部１０５で用いられた量子化マトリクスと同一のものが用いられ逆量子化処理が実行される。再生された予測誤差は画像再生部１０７に出力される。
　画像再生部１０７では、予測部１０４から入力される予測情報に基づいて、フレームメモリ１０８に記憶された予測画像の再生に必要なデータを適宜参照して、予測画像を再生する。そして再生された予測画像と逆量子化・逆変換部１０６から入力された再生された予測誤差から画像データを再生し、フレームメモリ１０８に入力し、格納する。
　インループフィルタ部１０９では、フレームメモリ１０８から再生画像を読み出し、デブロッキングフィルタなどのインループフィルタ処理を行う。そして、フィルタ処理された画像を再びフレームメモリ１０８に入力し、再格納する。
　符号化部１１０では、ブロック単位で、変換・量子化部１０５で生成された量子化係数、予測部１０４から入力された予測情報をエントロピー符号化し、符号データを生成する。エントロピー符号化の方法は特に指定しないが、ゴロム符号化、算術符号化、ハフマン符号化などを用いることができる。生成された符号データは統合符号化部１１１に出力される。
　統合符号化部１１１では、前述のヘッダの符号データとともに符号化部１１０から入力された符号データなどを多重化してビットストリームを形成する。最終的には、ビットストリームは端子１１２から外部に出力される。
　図６Ａは実施形態１で出力されるビットストリームの一例である。シーケンスヘッダにはベース量子化マトリクスの符号データが含まれ、各要素の符号化結果で構成されている。ただし、ベース量子化マトリクスの符号データ等が符号化される位置はこれに限定されず、ピクチャヘッダ部やその他のヘッダ部に符号化される構成をとってももちろん構わない。また、１つのシーケンスの中で量子化マトリクスの変更を行う場合、ベース量子化マトリクスを新たに符号化することで更新することも可能である。この際、全ての量子化マトリクスを書き換えてもよいし、書き換える量子化マトリクスに対応する量子化マトリクスのサブブロックの大きさを指定することでその一部を変更するようにすることも可能である。
　図３は、実施形態１に係る画像符号化装置における符号化処理を示すフローチャートである。
　まず、画像の符号化に先立ち、ステップＳ３０１にて、量子化マトリクス保持部１０３は二次元の量子化マトリクスを生成し、保持する。本実施形態では、図８Ａに示されたベース量子化マトリクスおよびベース量子化マトリクスから生成された図８Ｂ、図８Ｃに示された量子化マトリクスを生成し、保持するものとする。
　ステップＳ３０２にて、量子化マトリクス符号化部１１３は、ステップＳ３０１にて量子化マトリクスの生成に用いられたベース量子化マトリクスを走査して、走査順で前後する各要素間の差分を算出し、一次元の差分行列を生成する。本実施形態では、図８Ａに示されたベース量子化マトリクスは図９の走査方法を用い、図１０に示される差分行列が生成されるものとする。量子化マトリクス符号化部１１３はさらに生成された差分行列を符号化し、量子化マトリクス符号データを生成する。
　ステップＳ３０３にて、統合符号化部１１１は、生成された量子化マトリクス符号データとともに、画像データの符号化に必要なヘッダ情報を符号化し、出力する。
　ステップＳ３０４にて、ブロック分割部１０２はフレーム単位の入力画像を６４×６４画素の基本ブロック単位に分割する。
　ステップＳ３０５にて、予測部１０４はステップＳ３０４にて生成された基本ブロック単位の画像データに対して、前述した予測方法を用いて予測処理を実行し、サブブロック分割情報や予測モードなどの予測情報および予測画像データを生成する。本実施形態では、図７Ｂに示された３２×３２画素のサブブロック分割および図７Ａに示される６４×６４画素のサブブロックの２種類のサブブロックサイズが用いられる。さらに入力された画像データと前記予測画像データから予測誤差を算出する。
　ステップＳ３０６にて、変換・量子化部１０５はステップＳ３０５で算出された予測誤差を直交変換して直交変換係数を生成する。そして、変換・量子化部１０５は、さらにステップＳ３０１にて生成・保持された量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて量子化を行い、量子化係数を生成する。具体的には、図７Ｂの３２×３２画素のサブブロックの予測誤差には３２×３２の直交変換行列およびその転置行列を用いた乗算を行い、３２×３２の直交変換係数を生成する。一方、図７Ａの６４×６４画素のサブブロックの予測誤差には６４×３２の直交変換行列およびその転置行列を用いた乗算を行い、３２×３２の直交変換係数を生成する。本実施形態では、図７Ｂの３２×３２のサブブロックの直交変換係数には図８Ｂ、図７Ａの６４×６４のサブブロックに対応する直交変換係数には図８Ｃの量子化マトリクスを用い３２×３２の直交変換係数を量子化するものとする。
　ステップＳ３０７にて、逆量子化・逆変換部１０６はステップＳ３０６で生成された量子化係数を、ステップＳ３０１にて生成・保持された量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて逆量子化を行い、直交変換係数を再生する。さらに、直交変換係数に対して逆直交変換し、予測誤差を再生する。本ステップでは、それぞれ、ステップＳ３０６で用いられた量子化マトリクスと同一のものが用いられ、逆量子化処理が行われる。具体的には、図７Ｂの３２×３２画素のサブブロックに対応した３２×３２の量子化係数に対しては、図８Ｂの量子化マトリクスを用いた逆量子化処理を行い、３２×３２の直交変換係数を再生する。そしてこの３２×３２の直交変換係数を３２×３２の直交変換行列およびその転置行列を用いた乗算を行い、３２×３２画素の予測誤差を再生する。一方、図７Ａの６４×６４画素のサブブロックに対応した３２×３２の量子化係数に対しては、図８Ｃの量子化マトリクスを用いた逆量子化処理を行い、３２×３２の直交変換係数を再生する。そしてこの３２×３２の直交変換係数を６４×３２の直交変換行列およびその転置行列を用いた乗算を行い、６４×６４画素の予測誤差を再生する。
　ステップＳ３０８にて、画像再生部１０７はステップＳ３０５で生成された予測情報に基づいて予測画像を再生する。さらに再生された予測画像とステップＳ３０７で生成された予測誤差から画像データを再生する。
　ステップＳ３０９にて、符号化部１１０は、ステップＳ３０５で生成された予測情報およびステップＳ３０６で生成された量子化係数を符号化し、符号データを生成する。また、他の符号データも含め、ビットストリームを生成する。
　ステップＳ３１０にて、画像符号化装置は、フレーム内の全ての基本ブロックの符号化が終了したか否かの判定を行い、終了していればステップＳ３１１に進み、そうでなければ次の基本ブロックを対象として、ステップＳ３０４に戻る。
　ステップＳ３１１にて、インループフィルタ部１０９はステップＳ３０８で再生された画像データに対し、インループフィルタ処理を行い、フィルタ処理された画像を生成し、処理を終了する。
　以上の構成と動作により、演算量を減らしつつ周波数成分ごとに量子化を制御し主観画質を向上させることができる。特にステップＳ３０５において、直交変換係数の数を減らし、減少した直交変換係数に対応する量子化マトリクスを用いた量子化処理をすることで、演算量を減らしつつ周波数成分ごとに量子化を制御し主観画質を向上させることができる。さらには、直交変換係数の数を減らし低周波部分のみを量子化・符号化する場合には、図８Ｃのようなベース量子化マトリクスの低周波部分のみを拡大する量子化マトリクスを用いることで、低周波部分に最適な量子化制御を実現することができる。なお、ここでいう低周波部分とは、図８Ｃの例では、ｘ座標が０～３及びｙ座標が０～３の範囲である。
　なお、本実施形態では、符号量削減のため、図８Ｂ、図８Ｃの量子化マトリクスの生成に共通して用いられる図８Ａのベース量子化マトリクスのみを符号化する構成としたが、図８Ｂ、図８Ｃの量子化マトリクス自体を符号化する構成としてもよい。その場合、各量子化マトリクスの周波数成分ごとに独自の値を設定することができるため、周波数成分ごとにより細かな量子化制御を実現することができる。また、図８Ｂ、図８Ｃのそれぞれに対し個別のベース量子化マトリクスを設定し、それぞれのベース量子化マトリクスを符号化する構成とすることも可能である。その場合、３２×３２の直交変換係数と６４×６４の直交変換係数に対し、それぞれ異なる量子化制御を実施し、より綿密な主観画質の制御を実現することもできる。さらにその場合、６４×６４の直交変換係数に対応する量子化マトリクスは、８×８のベース量子化マトリクスの左上の４×４部分を８倍に拡大する代わりに、８×８のベース量子化マトリクス全体を４倍に拡大してもよい。こうして６４×６４の直交変換係数に対しても、より細かな量子化制御を実現することができる。
　さらには、本実施形態では、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対する量子化マトリクスが一意に決まる構成としたが、識別子を導入することで選択可能とする構成としても構わない。例えば図６Ｂは、量子化マトリクス符号化方法情報符号を新たに導入することで、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対する量子化マトリクス符号化を選択的にしたものである。例えば、量子化マトリクス符号化方法情報符号が０を示している場合には、ゼロアウトを用いた６４×６４画素のサブブロックに対応する直交変換係数に対し、独立した量子化マトリクスである図８Ｃが用いられる。また、符号化方法情報符号が１を示している場合には、ゼロアウトを用いた６４×６４画素のサブブロックに対し、通常のゼロアウトされないサブブロックに対する量子化マトリクスである図８Ｂが用いられる。一方、符号化方法情報符号が２を示している場合には、８×８のベース量子化マトリクスではなく、ゼロアウトを用いた６４×６４画素のサブブロックに対して用いられる量子化マトリクスの要素全てを符号化するといった具合である。これにより、量子化マトリクス符号量削減とゼロアウトを用いたサブブロックに対する独自の量子化制御とを選択的に実現することが可能となる。
　また、本実施形態ではゼロアウトを用いて処理をしたサブブロックは６４×６４のみとしているが、ゼロアウトを用いて処理をするサブブロックはこれに限定されない。例えば、図７Ｃや図７Ｂに示された３２×６４や６４×３２サブブロックに対応する直交変換係数のうち、下半分や右半分の３２×３２の直交変換係数を強制的に０としても構わない。この場合、上半分や左半分の３２×３２の直交変換係数のみを量子化・符号化の対象とすることとなり、上半分や左半分の３２×３２の直交変換係数に対して図８Ｂとは異なる量子化マトリクスを用いて量子化処理を行うこととなる。
　さらには、生成された直交変換係数のうち、画質への影響が最も大きいと考えられる左上端に位置するＤＣ係数に対応する量子化マトリクスの値を、８×８のベースマトリクスの各要素の値とは別に設定・符号化する構成としてもよい。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図８Ｂおよび図８Ｃと比較してＤＣ成分にあたる左上端に位置する要素の値を変更した例を示している。この場合、図８Ａのベース量子化マトリクスの情報に加えて、ＤＣ部分に位置する「２」を示す情報を別途符号化することにより、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示される量子化マトリクスを設定することができる。これにより、画質への影響が最も大きい直交変換係数のＤＣ成分に対してより細かい量子化制御を施すことができる。
　＜実施形態２＞
　図２は、本発明の実施形態２に係る画像復号装置の構成を示すブロック図である。本実施形態では、実施形態１で生成された符号化データを復号する画像復号装置を例にして説明する。
　２０１は符号化されたビットストリームが入力される端子である。
　２０２は分離復号部であり、ビットストリームから復号処理に関する情報や係数に関する符号データに分離し、またビットストリームのヘッダ部に存在する符号データを復号する。本実施形態では、量子化マトリクス符号を分離し、後段に出力する。分離復号部２０２は図１の統合符号化部１１１と逆の動作を行う。
　２０９は量子化マトリクス復号部であり、量子化マトリクス符号をビットストリームから復号してベース量子化マトリクスを再生し、さらにベース量子化マトリクスから各量子化マトリクスを生成する処理を実行する。
　２０３は復号部であり、分離復号部２０２から出力された符号データを復号し、量子化係数および予測情報を再生（導出）する。
　２０４は逆量子化・逆変換部であり、図１の逆量子化・逆変換部１０６と同様に、再生された量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて量子化係数に逆量子化を行って直交変換係数を獲得し、さらに逆直交変換を行って、予測誤差を再生する。なお、量子化パラメータを導出するための情報も復号部２０３によってビットストリームから復号される。また、逆量子化を行う機能と、逆量子化を行う機能とは別々の構成にしてもよい。
　２０６はフレームメモリである。再生されたピクチャの画像データを格納しておく。
　２０５は画像再生部である。入力された予測情報に基づいてフレームメモリ２０６を適宜参照して予測画像データを生成する。そして、この予測画像データと逆量子化・逆変換部２０４で再生された予測誤差から再生画像データを生成し、出力する。
　２０７はインループフィルタ部である。図１の１０９同様、再生画像に対し、デブロッキングフィルタなどのインループフィルタ処理を行い、フィルタ処理された画像を出力する。
　２０８は端子であり、再生された画像データを外部に出力する。
　上記画像復号装置における画像の復号動作を以下に説明する。本実施形態では、実施形態１で生成されたビットストリームをフレーム単位（ピクチャ単位）で入力する構成となっている。
　図２において、端子２０１から入力された１フレーム分のビットストリームは分離復号部２０２に入力される。分離復号部２０２では、ビットストリームから復号処理に関する情報や係数に関する符号データに分離し、ビットストリームのヘッダ部に存在する符号データを復号する。より具体的には、量子化マトリクス符号データを再生する。本実施形態では、まず、図６Ａに示されるビットストリームのシーケンスヘッダから量子化マトリクス符号データを抽出し、量子化マトリクス復号部２０９に出力される。本実施形態では、図８Ａに示されるベース量子化マトリクスに対応する量子化マトリクス符号データが抽出、出力される。続いて、ピクチャデータの基本ブロック単位の符号データを再生し、復号部２０３に出力する。
　量子化マトリクス復号部２０９では、まず入力された量子化マトリクス符号データを復号し、図１０に示される一次元の差分行列を再生する。本実施形態では、実施形態１同様、図１１Ａに示される符号化テーブルを用いて復号するものとするが、符号化テーブルはこれに限定されず、実施形態１と同じものを用いる限りは他の符号化テーブルを用いてもよい。さらに量子化マトリクス復号部２０９は再生された一次元の差分行列から二次元の量子化マトリクスを再生する。ここでは実施形態１の量子化マトリクス符号化部１１３の動作とは逆の動作を行う。すなわち、本実施形態では、図１０に示される差分行列は、図９に示される走査方法を用いて、それぞれ図８Ａに示されるベース量子化マトリクスを再生し、保持するものとする。具体的には、量子化マトリクス復号部２０９は、差分行列における各差分値を、前述の初期値から順次加算することによって、量子化マトリクスにおける各要素を再生する。そして、量子化マトリクス復号部２０９は、その再生した一次元の各要素を図９に示される走査方法に従って、順番に２次元の量子化マトリクスの各要素に対応付けることで、２次元の量子化マトリクスを再生する。
　さらに量子化マトリクス復号部２０９では、この再生されたベース量子化マトリクスを、第１実施形態と同様に拡大し、図８Ｂおよび図８Ｃに示される２種類の３２×３２の量子化マトリクスを生成する。図８Ｂの量子化マトリクスは、図８Ａの８×８のベース量子化マトリクスの各要素を、垂直・水平方向に４回繰り返すことで４倍に拡大した３２×３２の量子化マトリクスである。
　一方、図８Ｃの量子化マトリクスは、図８Ａのベース量子化マトリクスの左上４×４部分の各要素を、垂直・水平方向に８回繰り返すことで拡大した３２×３２の量子化マトリクスである。ただし、生成される量子化マトリクスはこれに限定されず、後段で逆量子化される量子化係数のサイズが３２×３２以外にも存在する場合は、１６×１６、８×８、４×４など逆量子化される量子化係数のサイズに対応した量子化マトリクスが生成されてもよい。生成されたこれらの量子化マトリクスは保持され、後段の逆量子化処理に用いられる。
　復号部２０３では、符号データをビットストリームから復号し、量子化係数および予測情報を再生する。復号された予測情報に基づいて復号対象のサブブロックのサイズを決定し、さらに再生された量子化係数は逆量子化・逆変換部２０４に出力され、再生された予測情報は画像再生部２０５に出力される。本実施形態では復号対象のサブブロックの大きさ、すなわち図７Ａの６４×６４であるか、図７Ｂの３２×３２であるかに関わらず、各サブブロックに対して３２×３２の量子化係数が再生されるものとする。
　逆量子化・逆変換部２０４では、入力された量子化係数に対し、量子化マトリクス復号部２０９で再生された量子化マトリクスと、量子化パラメータとを用いて逆量子化を行って直交変換係数を生成し、さらに逆直交変換を施して予測誤差を再生する。より具体的な逆量子化・逆直交変換処理について、以下に記す。
　図７Ｂの３２×３２のサブブロック分割が選択されている場合、復号部２０３で再生された３２×３の量子化係数は図８Ｂの量子化マトリクスを用いて逆量子化され、３２×３２の直交変換係数を再生する。そして、前述の３２×３２の転置行列と３２×３２の直交変換との乗算を行い、３２×３２の行列状の中間係数を算出する。この３２×３２の行列状の中間係数と前述の３２×３２の直交変換行列との乗算を行い３２×３２の予測誤差を再生する。各３２×３２サブブロックに対して同様の処理を行う。
　一方、図７Ａのように分割無しが選択されている場合、復号部２０３で再生された３２×３２の量子化係数は図８Ｃの量子化マトリクスを用いて逆量子化され、３２×３２の直交変換係数を再生する。そして、前述の３２×６４の転置行列と３２×３２の直交変換との乗算を行い、３２×６４の行列状の中間係数を算出する。この３２×６４の行列状の中間係数と前述の６４×３２の直交変換行列との乗算を行い、６４×６４の予測誤差を再生する。
　再生された予測誤差は画像再生部２０５に出力される。本実施形態では、復号部２０３で再生された予測情報によって定まった復号対象のサブブロックの大きさに応じて、逆量子化処理において使用される量子化マトリクスを決定する。すなわち、図７Ｂの３２×３２の各サブブロックには、図８Ｂの量子化マトリクスが逆量子化処理に用いられ、図７Ａの６４×６４のサブブロックには図８Ｃの量子化マトリクスが用いられる。ただし、使用される量子化マトリクスはこれに限定されず、実施形態１の変換・量子化部１０５および逆量子化・逆変換部１０６で用いられた量子化マトリクスと同一のものであればよい。
　画像再生部２０５では、復号部２０３から入力された予測情報に基づいて、フレームメモリ２０６を適宜参照し、予測画像の再生に必要なデータを取得して、予測画像を再生する。本実施形態では、実施形態１の予測部１０４同様、イントラ予測およびインター予測の２種類の予測方法が用いられる。また、前述のようにイントラ予測とインター予測とを組み合わせた予測方法が用いられてもよい。また、実施形態１と同様に予測処理はサブブロック単位に行われる。
　具体的な予測処理については、実施形態１の予測部１０４と同様であるため、説明を省略する。画像再生部２０５は、予測処理によって生成された予測画像と、逆量子化・逆変換部２０４から入力された予測誤差から画像データを再生する。具体的には、画像再生部２０５は、予測画像と予測誤差とを加算することによって画像データを再生する。再生された画像データは、適宜、フレームメモリ２０６に格納される。格納された画像データは、他のサブブロックの予測の際に、適宜、参照される。
　インループフィルタ部２０７では、図１のインループフィルタ部１０９と同様、フレームメモリ２０６から再生画像を読み出し、デブロッキングフィルタなどのインループフィルタ処理を行う。そして、フィルタ処理された画像は再びフレームメモリ２０６に入力される。
　フレームメモリ２０６に格納された再生画像は、最終的には端子２０８から外部に出力される。再生画像は、例えば、外部の表示装置等に出力される。
　図４は、実施形態２に係る画像復号装置における画像の復号処理を示すフローチャートである。
　まず、ステップＳ４０１にて、分離復号部２０２はビットストリームから復号処理に関する情報や係数に関する符号データに分離して、ヘッダ部分の符号データを復号する。より具体的には、量子化マトリクス符号データを再生する。
　ステップＳ４０２にて、量子化マトリクス復号部２０９は、まずステップＳ４０１で再生された量子化マトリクス符号データを復号し、図１０で示される一次元の差分行列を再生する。次に、量子化マトリクス復号部２０９は再生された一次元の差分行列から二次元のベース量子化マトリクスを再生する。さらに、量子化マトリクス復号部２０９は、再生した二次元のベース量子化マトリクスを拡大し、量子化マトリクスを生成する。
　すなわち、本実施形態では、量子化マトリクス復号部２０９は、図１０に示される差分行列を、図９に示される走査方法を用いて、図８Ａに示されるベース量子化マトリクスを再生する。さらに、量子化マトリクス復号部２０９は再生されたベース量子化マトリクスを拡大し、図８Ｂおよび図８Ｃに示される量子化マトリクスを生成し、保持するものとする。
　ステップＳ４０３にて、復号部２０３はステップＳ４０１で分離された符号データを復号し、量子化係数および予測情報を再生する。さらに、復号された予測情報に基づいて復号対象のサブブロックのサイズを決定する。本実施形態では復号対象のサブブロックの大きさ、すなわち図７Ａの６４×６４か図７Ｂの３２×３２かに関わらず、各サブブロックに対して３２×３２の量子化係数が再生されるものとする。
　ステップＳ４０４にて、逆量子化・逆変換部２０４は量子化係数に対しステップＳ４０２で再生された量子化マトリクスを用いて逆量子化を行って直交変換係数を獲得し、さらに逆直交変換を行い、予測誤差を再生する。本実施形態では、ステップＳ４０３で再生された予測情報によって定まった復号対象のサブブロックの大きさに応じて、逆量子化処理において使用される量子化マトリクスを決定する。すなわち、図７Ｂの３２×３２の各サブブロックには、図８Ｂの量子化マトリクスが逆量子化処理に用いられ、図７Ａの６４×６４のサブブロックには図８Ｃの量子化マトリクスが用いられる。ただし、使用される量子化マトリクスはこれに限定されず、実施形態１のステップＳ３０６およびステップＳ３０７で用いられた量子化マトリクスと同一のものであればよい。
　ステップＳ４０５にて、画像再生部２０５はステップＳ４０３で生成された予測情報から予測画像を再生する。本実施形態では、実施形態１のステップＳ３０５同様、イントラ予測およびインター予測の２種類の予測方法が用いられる。さらに再生された予測画像とステップＳ４０４で生成された予測誤差から画像データを再生する。
　ステップＳ４０６にて、画像復号装置はフレーム内の全ての基本ブロックの復号が終了したか否かの判定を行い、終了していればステップＳ４０７に進み、そうでなければ次の基本ブロックを対象としてステップＳ４０３に戻る。
　ステップＳ４０７にて、インループフィルタ部２０７はステップＳ４０５で再生された画像データに対し、インループフィルタ処理を行い、フィルタ処理された画像を生成し、処理を終了する。
　以上の構成と動作により、実施形態１で生成された、低周波の直交変換係数のみを量子化・符号化したサブブロックに対しても、量子化マトリクスを用いて周波数成分ごとに量子化を制御し主観画質を向上したビットストリームを復号することができる。また、低周波の直交変換係数のみを量子化・符号化したサブブロックには、図８Ｃのようなベース量子化マトリクスの低周波部分のみを拡大した量子化マトリクスを用い、低周波部分に最適な量子化制御を施したビットストリームを復号することができる。
　なお、本実施形態では、符号量削減のため、図８Ｂ、図８Ｃの量子化マトリクスの生成に共通して用いられる図８Ａのベース量子化マトリクスのみを復号する構成としたが、図８Ｂ、図８Ｃの量子化マトリクス自体を復号する構成としてもよい。その場合、各量子化マトリクスの周波数成分ごとに独自の値を設定することができるため、周波数成分ごとにより細かな量子化制御を実現したビットストリームを復号することができる。
　また、図８Ｂ、図８Ｃのそれぞれに対し個別のベース量子化マトリクスを設定し、それぞれのベース量子化マトリクスを符号化する構成とすることも可能である。その場合、３２×３２の直交変換係数と６４×６４の直交変換係数に対し、それぞれ異なる量子化制御を実施し、より綿密な主観画質の制御を実現したビットストリームを復号することもできる。さらにその場合、６４×６４の直交変換係数に対応する量子化マトリクスは、８×８のベース量子化マトリクスの左上４×４部分を８倍に拡大する代わりに、８×８のベース量子化マトリクス全体を４倍に拡大してもよい。こうして６４×６４の直交変換係数に対しても、より細かな量子化制御を実現することができる。
　さらには、本実施形態では、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対する量子化マトリクスが一意に決まる構成としたが、識別子を導入することで選択可能とする構成としても構わない。例えば図６Ｂは、量子化マトリクス符号化方法情報符号を新たに導入することで、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対する量子化マトリクス符号化を選択的にしたものである。例えば、量子化マトリクス符号化方法情報符号が０を示している場合には、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対応する量子化係数に対し、独立した量子化マトリクスである図８Ｃが用いられる。また、符号化方法情報符号が１を示している場合には、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対し、通常のゼロアウトされないサブブロックに対する量子化マトリクスである図８Ｂが用いられる。一方、符号化方法情報符号が２を示している場合には、８×８のベース量子化マトリクスではなく、ゼロアウトを用いた６４×６４のサブブロックに対して用いられる量子化マトリクスの要素全てを符号化するといった具合である。これにより、量子化マトリクス符号量削減とゼロアウトを用いたサブブロックに対する独自の量子化制御とを選択的に実現したビットストリームを復号することが可能となる。
　また、本実施形態ではゼロアウトを用いて処理をされたサブブロックは６４×６４のみとしているが、ゼロアウトを用いた処理を施されたサブブロックはこれに限定されない。例えば、図７Ｃや図７Ｂに示された３２×６４や６４×３２サブブロックに対応する直交変換係数のうち、下半分や右半分の３２×３２の直交変換係数を復号せず、上半分や左半分の量子化係数のみを復号する構成としても構わない。この場合、上半分や左半分の３２×３２の直交変換係数のみを復号・逆量子化の対象とすることとなり、上半分や左半分の３２×３２の直交変換係数に対して図８Ｂとは異なる量子化マトリクスを用いて量子化処理を行うこととなる。
　さらには、生成された直交変換係数のうち、画質への影響が最も大きいと考えられる左上端に位置するＤＣ係数に対応する量子化マトリクスの値を、８×８のベースマトリクスの各要素の値とは別に復号・設定する構成としてもよい。図１２Ｂおよび図１２Ｃは、図８Ｂおよび図８Ｃと比較してＤＣ成分にあたる左上端に位置する要素の値を変更した例を示している。この場合、図８Ａのベース量子化マトリクスの情報に加えて、ＤＣ部分に位置する「２」を示す情報を別途復号することにより、図１２Ｂおよび図１２Ｃに示される量子化マトリクスを設定することができる。これにより、画質への影響が最も大きい直交変換係数のＤＣ成分に対してより細かい量子化制御を施したビットストリームを復号することができる。
　＜実施形態３＞
　図１、図２に示した各処理部はハードウェアでもって構成しているものとして上記実施形態では説明した。しかし、これらの図に示した各処理部で行う処理をコンピュータプログラムでもって構成してもよい。
　図５は、上記各実施形態に係る画像符号化装置や画像復号装置に適用可能なコンピュータのハードウェアの構成例を示すブロック図である。
　ＣＰＵ５０１は、ＲＡＭ５０２やＲＯＭ５０３に格納されているコンピュータプログラムやデータを用いてコンピュータ全体の制御を行うと共に、上記各実施形態に係る画像処理装置が行うものとして上述した各処理を実行する。即ち、ＣＰＵ５０１は、図１、図２に示した各処理部として機能することになる。
　ＲＡＭ５０２は、外部記憶装置５０６からロードされたコンピュータプログラムやデータ、Ｉ／Ｆ（インターフェース）５０７を介して外部から取得したデータなどを一時的に記憶するためのエリアを有する。更に、ＲＡＭ５０２は、ＣＰＵ５０１が各種の処理を実行する際に用いるワークエリアを有する。即ち、ＲＡＭ５０２は、例えば、フレームメモリとして割り当てたり、その他の各種のエリアを適宜提供したりすることができる。
　ＲＯＭ５０３には、本コンピュータの設定データや、ブートプログラムなどが格納されている。操作部５０４は、キーボードやマウスなどにより構成されており、本コンピュータのユーザが操作することで、各種の指示をＣＰＵ５０１に対して入力することができる。出力部５０５は、ＣＰＵ５０１による処理結果を出力する。また出力部５０５は例えば液晶ディスプレイで構成される。
　外部記憶装置５０６は、ハードディスクドライブ装置に代表される、大容量情報記憶装置である。外部記憶装置５０６には、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、図１、図２に示した各部の機能をＣＰＵ５０１に実現させるためのコンピュータプログラムが保存されている。更には、外部記憶装置５０６には、処理対象としての各画像データが保存されていてもよい。
　外部記憶装置５０６に保存されているコンピュータプログラムやデータは、ＣＰＵ５０１による制御に従って適宜、ＲＡＭ５０２にロードされ、ＣＰＵ５０１による処理対象となる。Ｉ／Ｆ５０７には、ＬＡＮやインターネット等のネットワーク、投影装置や表示装置などの他の機器を接続することができ、本コンピュータはこのＩ／Ｆ５０７を介して様々な情報を取得したり、送出したりすることができる。５０８は上述の各部を繋ぐバスである。
　上述の構成からなる作動は前述のフローチャートで説明した作動をＣＰＵ５０１が中心となってその制御を行う。
　（その他の実施例）
　各実施形態は、前述した機能を実現するコンピュータプログラムのコードを記録した記憶媒体を、システムに供給し、そのシステムがコンピュータプログラムのコードを読み出し実行することによっても達成することができる。この場合、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムのコード自体が前述した実施形態の機能を実現し、そのコンピュータプログラムのコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。また、そのプログラムのコードの指示に基づき、コンピュータ上で稼働しているオペレーティングシステム（ＯＳ）などが実際の処理の一部または全部を行い、その処理によって前述した機能が実現される場合も含まれる。
　さらに、以下の形態で実現しても構わない。すなわち、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラムコードを、コンピュータに挿入された機能拡張カードやコンピュータに接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書込む。そして、そのコンピュータプログラムのコードの指示に基づき、その機能拡張カードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵなどが実際の処理の一部または全部を行って、前述した機能が実現される場合も含まれる。
　本発明を上記記憶媒体に適用する場合、その記憶媒体には、先に説明したフローチャートに対応するコンピュータプログラムのコードが格納されることになる。
　以上の各実施形態によれば、一部の直交変換係数を強制的に０とする手法をより効率的に実行することができる。
　本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。
　本願は、２０１９年３月１１日提出の日本国特許出願特願２０１９－０４４２７６を基礎として優先権を主張するものであり、その記載内容の全てをここに援用する。

Claims (21)

  1. 　Ｐ×Ｑ画素（Ｐ及びＱは整数）のブロックを含む複数のブロック単位で画像を符号化してビットストリームを生成することが可能な画像符号化装置において、
    　前記Ｐ×Ｑ画素のブロックの予測誤差に対して直交変換を実行することによって、Ｎ×Ｍ個（ＮはＮ＜Ｐを満たす整数、かつ、ＭはＭ＜Ｑを満たす整数）の直交変換係数を生成する直交変換手段と、
    　Ｎ×Ｍ個の要素を有する量子化マトリクスを少なくとも用いて前記Ｎ×Ｍ個の直交変換係数を量子化して、Ｎ×Ｍ個の量子化係数を生成する量子化手段と
    　を有することを特徴とする画像符号化装置。
  2. 　前記ブロックは正方形のブロックである
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
  3. 　前記Ｐ及びＱは６４であり、前記Ｎ及びＭは３２である
    　ことを特徴とする請求項２記載の画像符号化装置。
  4. 　前記Ｐ及びＱは１２８であり、前記Ｎ及びＭは３２である
    　ことを特徴とする請求項２記載の画像符号化装置。
  5. 　前記直交変換手段は、６４×３２の行列と３２×６４の行列とを用いて前記直交変換を実行することによって、前記Ｎ×Ｍ個の直交変換係数を生成する
    　ことを特徴とする請求項３記載の画像符号化装置。
  6. 　前記Ｎ×Ｍ個の量子化係数以外の前記Ｐ×Ｑ画素のブロックに対応する量子化係数がゼロであることを示す前記ビットストリームを生成する生成手段
    　を更に有することを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
  7. 　前記Ｎ×Ｍ個の量子化係数は、前記Ｐ×Ｑ画素のブロックに対応する量子化係数におけるＤＣ成分を含む所定の範囲の直交変換係数に対応する
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
  8. 　前記Ｎ×Ｍ個の量子化係数以外の前記Ｐ×Ｑ画素のブロックに対応する量子化係数は、前記所定の範囲よりも高い周波数成分に対応する
    　ことを特徴とする請求項７記載の画像符号化装置。
  9. 　前記所定の範囲は、前記Ｐ×Ｑ個の直交変換係数におけるＤＣ成分を含む、Ｎ×Ｍ個の直交変換係数に対応する
    　ことを特徴とする請求項７記載の画像符号化装置。
  10. 　前記ブロックは、非正方形のブロックである
    　ことを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
  11. 　Ｐ×Ｑ画素（Ｐ及びＱは整数）のブロックを含む複数のブロック単位で画像を符号化してビットストリームを生成することが可能な画像符号化方法において、
    　前記Ｐ×Ｑ画素のブロックの予測誤差に対して直交変換を実行することによって、Ｎ×Ｍ個（ＮはＮ＜Ｐを満たす整数、かつ、ＭはＭ＜Ｑを満たす整数）の直交変換係数を生成する直交変換工程と、
    　Ｎ×Ｍ個の要素を有する量子化マトリクスを少なくとも用いて前記Ｎ×Ｍ個の直交変換係数を量子化して、Ｎ×Ｍ個の量子化係数を生成する量子化工程と
    　を有することを特徴とする画像符号化方法。
  12. 　前記ブロックは正方形のブロックである
    　ことを特徴とする請求項１１記載の画像符号化方法。
  13. 　前記Ｐ及びＱは６４であり、前記Ｎ及びＭは３２である
    　ことを特徴とする請求項１２記載の画像符号化方法。
  14. 　前記Ｐ及びＱは１２８であり、前記Ｎ及びＭは３２である
    　ことを特徴とする請求項１２記載の画像符号化方法。
  15. 　前記直交変換工程において、６４×３２の行列と３２×６４の行列とを用いて前記直交変換を実行することによって、前記Ｎ×Ｍ個の直交変換係数を生成する
    　ことを特徴とする請求項１３記載の画像符号化方法。
  16. 　前記Ｎ×Ｍ個の量子化係数以外の前記Ｐ×Ｑ画素のブロックに対応する量子化係数がゼロであることを示す前記ビットストリームを生成する生成工程
    　を更に有することを特徴とする請求項１１記載の画像符号化方法。
  17. 　前記Ｎ×Ｍ個の量子化係数は、前記Ｐ×Ｑ画素のブロックに対応する量子化係数におけるＤＣ成分を含む所定の範囲の直交変換係数に対応する
    　ことを特徴とする請求項１１記載の画像符号化方法。
  18. 　前記Ｎ×Ｍ個の量子化係数以外の前記Ｐ×Ｑ画素のブロックに対応する量子化係数は、前記所定の範囲よりも高い周波数成分に対応する
    　ことを特徴とする請求項１７記載の画像符号化方法。
  19. 　前記所定の範囲は、前記Ｐ×Ｑ個の直交変換係数におけるＤＣ成分を含む、Ｎ×Ｍ個の直交変換係数に対応する
    　ことを特徴とする請求項１７記載の画像符号化方法。
  20. 　前記ブロックは、非正方形のブロックである
    　ことを特徴とする請求項１１記載の画像符号化方法。
  21. 　コンピュータを、請求項１記載の画像符号化装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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