CN103583043B - 影像编码方法、装置、影像解码方法、装置 - Google Patents

影像编码方法、装置、影像解码方法、装置 Download PDF

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Abstract

本发明使运动补偿画面间预测中的预测误差能量减低，谋求编码效率的改善。使用小数精度的运动补偿的影像编码方法具有：进行运动搜索而获取运动矢量的步骤；算出获取的运动矢量指示的小数像素位置的参照概率的步骤；根据算出的参照概率将作为小数像素位置的内插位置分为多个组的步骤；按每个所述内插位置的组，从多个内插滤波器系数的候补之中选出在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数的步骤；按每个所述内插位置的组使用选出的内插滤波器系数生成所述内插预测图像，根据所述内插预测图像实施利用所述小数精度的运动补偿的编码的步骤；以及对示出所述内插位置的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行编码的步骤。

Description

影像编码方法、装置、影像解码方法、装置
技术领域
本发明涉及谋求影像编码中的内插滤波器的性能改善、改善编码效率的技术。
本申请基于2011年6月27日向日本申请的特愿2011-141724号要求优先权，将其内容引用于此。
背景技术
在影像编码中，在不同的画面间执行预测的画面间预测（运动补偿）编码中，参照已经解码的帧（frame），求出使预测误差能量最小的运动矢量，对该预测误差信号（也称为残差信号）进行正交变换。此后，实施量化，经过熵编码（entropy encoding），最终成为二进制数据（binary data），即，成为比特流（bit stream）。欲提高编码效率，预测误差能量的减低是不可缺的，要求预测精度高的预测方式。
在影像编码标准方式中，导入了为数众多的用于提高画面间预测的精度的工具（tools）。例如，在H.264/AVC中，在最近的帧存在阻塞（occlusion）的情况下，参照在时间上稍微分开的帧更能减低预测误差能量，因此，能参照多个帧。将本工具称为多个参照帧预测。
此外，为了能应对复杂的形状的运动，除了16×16和8×8以外，还能像16×8、8×16、8×4、4×8、4×4那样，对区块大小（block size）进行精细分割。将本工具称为可变区块大小预测。
与它们同样地，从参照帧的整数精度像素使用6抽头滤波器（6-tap filter）内插1/2精度的像素，进而利用该像素通过线性内插生成1/4精度的像素。由此，对于小数精度的运动，预测变得准。将本工具称为1/4像素精度预测。
面向编码效率比H.264/AVC高的下一代影像编码标准方式的制定，国际标准化组织ISO/IEC“MPEG”（International Organization for Standardization/InternationalElectrotechnical Commission “Moving Picture Experts Group”（国际标准化组织/国际电工委员会“移动图像专家组”））和ITU-T“VCEG”（International TelecommunicationUnion-Telecommunication Standardization Sector “Video Coding Experts Group”（国际电信联盟－电信标准化部“视频编码专家组”））共同设立了研究团队（JointCollaborative Team for Video Coding（用于视频编码的联合协作的团队）：JCT-VC）。下一代标准方式称为高效影像编码方式（High Efficiency Video Coding：HEVC），当前，从世界各国汇集各种各样的新颖编码技术，在JCT-VC会议进行审议。
其中，特别是与画面间预测（运动补偿）关联的提案完成得多，在HEVC用参照软件（HEVC test Model：HM）中，采用改善运动矢量的预测效率的工具或将区块大小扩张为16×16以上的工具。
此外，还提出了提高小数精度像素的内插精度的工具，根据DCT（Discrete CosineTransform：离散余弦变换）系数的基导出的内插滤波器系数的基于DCT变换的内插滤波器（DCT-based Interpolation Filter：DCT-IF）效果高，在HM中采用。为了进一步提高内插精度，还提出了使内插滤波器系数以帧单位自适应地变化的内插滤波器，称为自适应内插滤波器（Adaptive Interpolation Filter：AIF）。在自适应内插滤波器中，编码效率改善的效果高，还在由VCEG主导而制作完成的面向下一代影像编码参照软件（Key Technical Area（关键技术领域）：KTA）中采用。因为对提高编码效率的贡献高，所以，内插滤波器的性能改善是非常令人期待的领域。
对以往的内插滤波器更详细地进行说明。
[固定内插]
图10是示出H.264/AVC中的小数精度的像素内插方法的图。在H.264/AVC中，如图10所示，在进行1/2像素位置的内插时，使用成为对象的内插像素的左右各3点总计6个整数像素进行内插。在垂直方向上，使用上下各3点总计6个整数像素进行内插。滤波器系数分别成为［（1，-5，20，20，-5，1）/32］。在对1/2像素位置进行内插之后，在1/4像素位置中，使用［1/2，1/2］的平均值滤波器进行内插。因为需要一次对1/2像素位置全部进行内插而求出，所以计算复杂度高，但是，能进行性能高的内插，实现编码效率提高。利用以上的固定滤波器的内插的技术示于非专利文献1等。
像H.264/AVC的1维6抽头滤波器那样，对全部输入图像和全部帧使用相同值的系数值的滤波器称为固定内插滤波器（Fixed Interpolation Filter）。
作为进一步改善在H.264/AVC中采用的内插滤波器的性能的方式，在HEVC用参照软件HM中，采用基于DCT变换的内插滤波器（DCT-IF）。将该基于DCT变换的内插滤波器的小数精度的像素内插方法示于图11。像图11那样，设小数精度位置中的内插对象像素为p，设整数位置像素为px ，设示出p的位置的整数位置像素间参数为α（0≤α≤1）。此时，设在内插中使用的整数位置的像素数，即，抽头长度为2M（M是1以上的整数值）。根据DCT变换的定义式，式（1）成立。
[数学式1]
此外，根据逆DCT变换的定义式，式（2）成立。
[数学式2]
通过将ｘ视为位置，从而小数位置α中的像素内插式成为以下的式（3）。
[数学式3]
根据式（3），只要确定在内插中使用的抽头长度2M和内插对象位置α，就能唯一地导出系数。在表1和表2对根据以上的讨论得到的内插滤波器的实例进行总结。关于以上的细节，示于非专利文献2。
[表1]
[表2]
该基于DCT变换的内插滤波器是能应对任意的滤波器长度和内插精度、性能高的内插滤波器，因此，在HEVC用测试模式HM中采用。
[自适应内插]
在H.264/AVC中，与输入图像条件（序列（sequence）种类/图像尺寸/帧频（framerate））、编码条件（区块大小/GOP（Group of Pictures：图像组）构造/QP（QuantizationParameter：量化参数））无关，滤波器系数值是恒定的。在滤波器系数值为固定的情况下，例如未考虑混淆现象（aliasing）、量化误差、由运动推定造成的误差、照相机噪声这样的随时间变化的效果。因此，可以认为在编码效率方面性能提高有限。因此，在非专利文献3中提出了使内插滤波器系数自适应地变化的方式，称为非分离型的自适应内插滤波器。
在非专利文献3中，考虑了2维的内插滤波器（6×6的总计36个滤波器系数），以使预测误差能量最小的方式决定滤波器系数。虽然能实现比使用在H.264/AVC中使用的1维6抽头的固定内插滤波器高的编码效率，但是，在求出滤波器系数方面的计算复杂度非常高，因此，在非专利文献4中介绍了用于减低其计算复杂度的提案。
在非专利文献4中介绍的方法称为分离型自适应内插滤波器（SAIF：SeparableAdaptive Interpolation Filter），不是使用2维的内插滤波器，而是使用1维的6抽头内插滤波器。
图12A～图12C是示出分离型自适应内插滤波器（SAIF）中的小数精度的像素内插方法的图。作为顺序，如图12B的步骤1所示，首先，对水平方向的像素（a、b、c）进行内插。使用整数精度像素C1至C6决定滤波器系数。利用普遍已知的最小二乘法（参照非专利文献3），以解析方式决定使式（4）的预测误差能量函数Eh 2 最小化那样的水平方向滤波器系数。
[数学式4]
在此，S表示原图像，P表示已解码参照图像，ｘ和ｙ分别表示图像中的水平和垂直方向的位置。此外，～ｘ（～是标注在ｘ上的标记；其它也同样）为～ｘ=ｘ+MVx-FilterOffset，MVx表示事先得到的运动矢量的水平分量，FilterOffset表示用于调整的偏移量（将水平方向滤波器长度除以2的值）。关于垂直方向，成为～ｙ=ｙ+MVy，MVy表示运动矢量的垂直分量。Wci表示应求出的水平方向滤波器系数组ci（0≤ci＜6）。
得到与用式（4）求出的滤波器系数相同的数量的一次方程式，最小化处理按水平方向的每个小数像素位置独立地实施。经过该最小化处理，求出3种6抽头滤波器系数组，使用该滤波器系数组对小数精度像素a、b、c进行内插。
在水平方向的像素内插结束之后，如图12C的步骤2所示，实施垂直方向的内插处理。通过解与水平方向相同的线性问题，从而决定垂直方向的滤波器系数。具体地说，以解析方式决定使式（5）的预测误差能量函数EV 2 最小化那样的垂直方向滤波器系数。
[数学式5]
在此，S表示原图像，＾P（＾是标注在P上的标记）表示解码后在水平方向上进行内插处理的图像，ｘ和ｙ分别表示图像中的水平和垂直方向上的位置。此外，可用～ｘ=4（ｘ+MVx）表示，MVx表示化整的运动矢量的水平分量。关于垂直方向，可用～ｙ=ｙ+MVy-FilterOffset表示，MVy表示运动矢量的垂直分量，FilterOffset表示用于调整的偏移量（将滤波器长度除以2的值）。wcj表示应求出的垂直方向滤波器系数组cj（0≤cj＜6）。
最小化处理按每个小数精度像素独立地实施，可得到12种6抽头滤波器系数。使用该滤波器系数，对剩余的小数精度像素进行内插。
根据以上，需要对合计90（=6×15）个滤波器系数进行编码而传送到解码侧。特别是，在低分辨率的编码中，该管理费用（overhead）会变大，因此，使用滤波器的对称性来削减应传送的滤波器系数。例如，在图12A中，从各整数精度像素观察，b、ｈ、ｉ、ｊ、k的位置在内插方向上位于中心，如果是水平方向，就能使在左3点使用的系数反转而应用于右3点。同样地，如果是垂直方向，就能使在上3点使用的系数反转而应用于下3点（c1=c6、c2=c5、c3=c4）。
此外，因为d与l的关系是关于ｈ对称，所以，滤波器系数也能分别反转而进行利用。即，如果传送d的6个系数，也能将其值应用于l。变成c（d）1=c（l）6、c（d）2=c（l）5、c（d）3=c（l）4、c（d）4=c（l）3、c（d）5=c（l）2、c（d）6=c（l）1。该对称性也能利用于e与m、f与n还有g与o。虽然同样的理论对于a与c也成立，但是，因为水平方向的结果对垂直方向上的内插也会造成影响，所以，不使用对称性，a与c分别各自进行传送。利用以上的对称性的结果是，按每个帧应传送的滤波器系数变成51个（水平方向为15个，垂直方向为36个）。
以上，在非专利文献4的自适应内插滤波器中，预测误差能量的最小化处理的单位被固定为帧。对于1个帧，决定51个滤波器系数。在假设编码对象帧大致被分为2种（或多种）结构区域A、B的情况下，最佳的滤波器系数为考虑了该两者（所有的结构）的系数组。在A的领域中只在原本垂直方向上得到特征性的滤波器系数、B的领域中只在水平方向上得到滤波器系数的状况下，以对该两方进行平均化的形式导出滤波器系数。
在非专利文献5中提出了如下的方法，即，每1个帧不限定于一个滤波器系数组（51个系数），根据图像的局部性质，进行区域分割，按分割后的每个区域生成内插滤波器系数，达成预测误差能量的减低，实现编码效率的改善。
此外，以非专利文献4的自适应内插滤波器的性能改善为目的，提出了如下的技术，即，按每个内插位置进行分组（grouping），以能减低预测误差能量的方式，以该组单位选择固定内插滤波器和自适应内插滤波器而生成内插图像（参照非专利文献6）。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-82725号公报。
非专利文献
非专利文献1：大久保荣, 角野真也, 菊池义浩, 铃木辉彦：“H.264/AVC教科书修订三版”，Impress, pp.119-123，2009；
非专利文献2：Ken McCann, Woo-Jin Han, Il-Koo Kim, Jung-Hye Min, ElenaAlshina, Alexander Alshin, Tammy Lee, Jianle Chen, Vadim Seregin, Sunil Lee,Yoon-Mi Hong, Min-Su Cheon, Nikolay Shlyakhov, “Samsung's Response to theCall for Proposals on Video Compression Technology”, JCTVC-A124 r2, pp.12-14,1st JCT-VC Meeting, Dresden, Apr.2010；
非专利文献3：Y.Vatis, B.Edler, D.T.Nguyen , J.Ostermann： “Motion-andaliasing-compensated prediction using a two-dimensional non-separableadaptive Wiener interpolation filter”, Proc.ICIP2005, IEEE InternationalConference on Image Processing, pp.II 894-897, Genova, Italy, Sep.2005;
非专利文献4：S.Wittmann, T.Wedi： “Separable adaptive interpolationfilter for video coding”, Proc.ICIP2008, IEEE International Conference onImage Processing, pp.2500-2503, San Diego, California, USA, Oct.2008；
非专利文献5：Shohei Matsuo, Yukihiro Bandoh, Seishi Takamura, HirohisaJozawa： “Enhanced region-based adaptive interpolation filter”, Proc.PCS2010,IEEE Picture Coding Symposium, pp.526-529, Nagoya, Japan, Dec.2010;
非专利文献6：Faouzi Kossentini, Nader Mahdi, Hsan Guermazi, MohammedAli Ben Ayed： “An Adaptive Interpolation Filtering Technique”, JCTVC-E284,5th JCT-VC Meeting, Geneva, Mar.2011。
发明内容
发明要解决的课题
在非专利文献4和非专利文献5所记载的内插滤波器中，没有按每个内插位置切换内插滤波器的功能，在运动补偿的性能提高上存在改善的余地。
在非专利文献6记载的具有内插位置自适应性的内插滤波器中，按每个内插的位置判断是使用事先定义的固定内插滤波器，还是使用以帧单位导出的自适应内插滤波器。滤波器选择以预测误差能量最小化的观点进行选择，成为必须选择某一方的方式。
在通过根据内插位置从多个内插滤波器自适应地进行选择而谋求提高编码效率的情况下，可认为内插位置的设定对编码效率改善性能造成影响。在非专利文献6记载的方法中，设想到1/4像素精度位置的内插，根据内插对象像素的位置分为4个组，以该组单位切换内插滤波器。该组的设定在编码处理中是固定的，未考虑与输入图像相应的自适应性。如果能根据输入图像的性质变更组的设定，就能进一步减低预测误差能量，实现编码效率的改善。
本发明的目的在于，提供一种谋求上述课题的解决，使运动补偿画面间预测中的预测误差能量比现有技术减低而改善编码效率的新的方式。
用于解决课题的方案
作为用于达成上述目的的方法，基于运动矢量所指的内插位置的比例越高内插滤波器造成的性能改善比例就越高的设想，算出运动矢量的参照概率，根据其统计信息实施用于切换内插滤波器的分组。通过使用本方案，从而根据输入图像的性质使内插位置自适应性具有余量，实现预测误差能量的减低，即，实现编码效率的改善。
像以上那样，作为本发明的最大特征之处在于，求出运动矢量所指示的小数像素位置的参照概率，根据参照概率进行内插位置的分组，按每个内插位置的组选出成为最佳的内插滤波器的滤波器系数，按每个内插位置的组切换内插滤波器。内插位置组信息与内插滤波器系数信息以帧单位或片段（slice）等区域单位进行编码，传送到解码装置。关于内插滤波器系数信息的编码，只要是在解码装置侧能识别在各内插位置组中使用了哪个内插滤波器系数的信息即可。例如，也可以将多个组的内插滤波器系数的组与示出按每个内插位置组使用了哪个内插滤波器的内插滤波器索引（index）作为编码的对象。
在解码装置中，根据对编码比特流进行解码而得到的内插位置组信息和在各内插位置使用的内插滤波器系数，按每个内插位置组切换内插滤波器系数而生成内插图像，进行利用小数精度的运动补偿的解码处理。
详细地说，在影像编码中，例如，进行以下的处理。
以预测区块单位进行运动搜索，获取运动矢量。
算出获取的运动矢量所指示的参照目的地的小数像素位置的参照概率（概率分布）。
根据算出的参照概率，将作为内插位置的小数像素位置分为多个组。
按每个内插位置的组，决定内插滤波器而进行内插处理，生成预测信号。
对内插位置组信息进行编码，此外，对示出使用了哪个内插滤波器系数的内插滤波器索引和各内插滤波器系数进行编码。
对其它编码信息全部进行编码。
在影像解码中，例如，进行以下的处理。
对常规的编码信息进行解码，并且对内插位置组信息、内插滤波器索引以及内插滤波器系数进行解码。
根据内插位置组信息和内插滤波器索引，按每个内插位置的组确定所使用的内插滤波器，进行内插处理而生成预测信号，生成解码信号。
本发明的作用如下。在以往的具有内插位置自适应性的内插滤波器中，作为切换内插滤波器的单位，进行固定的组设定，性能改善有限。另一方面，在本发明中，根据运动矢量指示的概率将切换内插滤波器的像素位置分为多个组。例如，将运动矢量指示的概率高的位置设为一个组，在该组中使用高精度的内插滤波器。通过这样，从而能更灵活地设定内插滤波器的切换，能改善编码效率。
发明效果
根据本发明，能使在以往的具有内插位置自适应性的内插滤波器中未考虑的内插滤波器自适用位置可变，而且，能按每个内插位置变更内插滤波器的形状、滤波器长度，能对参照概率高的部分进行更高精度的内插处理。因此，能通过预测误差能量的减低而达成编码效率改善。
附图说明
图1是示出作为本发明的一实施方式的影像编码装置的构成例的图。
图2是示出内插滤波器系数判定部的构成例1的图。
图3是示出每个内插位置的运动矢量指示的参照概率的例子的图。
图4是示出内插滤波器系数判定部的构成例2的图。
图5是示出内插滤波器系数判定部的构成例3的图。
图6是作为本发明的一实施方式的编码处理的流程图。
图7是示出作为本发明的一实施方式的影像解码装置的构成例的图。
图8是作为本发明的一实施方式的解码处理的流程图。
图9是示出使用计算机和软件程序实施本发明的实施方式的情况下的***的构成例的图。
图10是示出影像编码标准方式（H.264/AVC）的小数精度的像素内插方法的图。
图11是示出基于DCT变换的内插滤波器（DCT-IF）的小数精度的像素内插方法的图。
图12A是示出分离型自适应内插滤波器（SAIF）中的小数精度的像素内插方法的图。
图12B是示出分离型自适应内插滤波器（SAIF）中的小数精度的像素内插方法的图。
图12C是示出分离型自适应内插滤波器（SAIF）中的小数精度的像素内插方法的图。
具体实施方式
以下，一边使用附图一边对本发明的一实施方式进行说明。
[影像编码装置的构成例]
图1是示出作为本发明的一实施方式的影像编码装置的构成例的图。
在影像编码装置10中，内插滤波器系数算出部11算出对预测编码中的参照图像使用的小数精度像素的内插滤波器系数。内插滤波器系数判定部12使用运动检测部132检测的运动矢量MV算出小数像素位置的参照概率，根据算出的参照概率指定内插滤波器的重要度，进而根据得到的重要度指定内插滤波器的形状、滤波器长度、比特深度的信息。
预测信号生成部13具备参照图像内插部131和运动检测部132。参照图像内插部131对储存在参照图像存储器17的已解码参照图像应用利用内插滤波器系数判定部12选择的内插滤波器系数的内插滤波器。运动检测部132通过对内插后的参照图像进行运动搜索，从而算出运动矢量。预测信号生成部13通过利用由运动检测部132算出的小数精度的运动矢量的运动补偿来生成预测信号。
预测编码部14算出输入影像信号与预测信号的残差信号，对其进行正交变换，通过变换系数的量化等进行预测编码。此外，解码部16对预测编码的结果进行解码，为了以后的预测编码而将解码图像储存在参照图像存储器17。此时，也可以在实施去区块滤波器（deblocking filter）、ALF（Adaptive Loop Filter：自适应环路滤波器）等用于除去编码噪声的环路滤波器（in-loop filter）之后，进行储存。
可变长度编码部15对量化后的变换系数、运动矢量进行可变长度编码，并且对作为内插滤波器系数判定部12的输出的内插位置组信息、内插滤波器索引、内插滤波器系数进行可变长度编码，将它们作为编码比特流输出。
[内插滤波器系数判定部的构成例1]
图2是示出内插滤波器系数判定部的构成例1的图。特别是，内插滤波器系数判定部12-1中的内插位置参照概率计算部122和内插对象位置分组部123的部分与现有技术显著不同。
在内插滤波器系数判定部12-1中，内插滤波器信息获取部121将在编码时预先准备的固定内插滤波器系数值输出到MSE算出部124。例如，可以使用在H.264/AVC定义的6抽头的系数、DCT-IF的8抽头或12抽头的系数。
内插位置参照概率计算部122使用编码对象区块的运动矢量（MV）算出小数像素位置的参照概率。在该内插位置参照概率计算部122中，使输入为根据运动预测求出的运动矢量，对帧整体或图像中的一部分的区域按每个内插位置求出运动矢量指示的概率。
在图3示出每个内插位置的运动矢量指示的参照概率的例子。例如，在进行到1/2像素精度的内插的情况下，可得到如图3（A）所示的概率分布。在1/n像素精度下也能同样地计算。图3（B）示出1/4像素精度时的概率分布的例子。内插位置参照概率计算部122输出如图3所示的每个内插位置的概率分布信息（用％标记的信息）。
内插对象位置分组部123将内插位置参照概率计算部122算出的内插位置参照概率信息作为输入，通过预先确定的方法按照参照概率高的顺序将内插位置分为多个组。例如，在使用到1/2像素精度的运动补偿的情况下，将除整数像素位置以外的3点中的上位1点设为第一组、下位2点设为第二组。在图3（A）的例子的情况下，第一组成为｛25％｝的位置，第二组成为｛20％，15％｝的位置。此外，在使用到1/4像素精度的运动补偿的情况下，也可以将除整数像素位置以外的15点中的上位3点设为第一组、接下来的4～7位设为第二组、到接下来的8～11位为止设为第三组、剩余的下位4点设为第四组等。在图3（B）的例子的情况下，分为使第一组成为｛13％，11％，10％｝的位置、第二组成为｛9％，8％，7％，6％｝的位置、第三组成为｛5％，4％，3％，2％｝的位置、第四组成为｛1％，1％，1％，1％｝的位置。内插对象位置分组部123输出以上那样的内插位置组信息。
MSE算出部124将用运动预测求出的运动矢量MV、解码信号（本地解码图像）、以帧单位或区域单位等在编码中生成的内插滤波器系数值、从内插滤波器信息获取部121输出的固定内插滤波器系数值、从内插对象位置分组部123输出的内插位置组信息作为输入，使用解码图像的整数位置像素和根据内插位置组信息判断的滤波器系数生成运动矢量MV指示的位置中的内插图像，计算与原图像的MSE（Mean Square Error：均方误差），即，预测残差能量。
关于MSE的计算，作为例子，能使用以下那样的式子。
MSE=｛（原信号-预测信号）2的总和｝/像素数
计算的MSE输出到最小MSE存储部125。
最小MSE存储部125使输入为在MSE算出部124得到的MSE，保存该值。最小MSE存储部125对事先保存或重新定义的最小值与输入的MSE进行比较，以
（a） 在输入MSE值比已保存的最小值小的情况下：输入MSE值；
（b） 在已保存的最小值比输入MSE值更小的情况下：已保存的最小值，
的方式，判定成为最小的MSE，进行最小值的保存和更新。此外，最小MSE存储部125在保存该最小值时保存实现该MSE值的内插位置组信息、内插滤波器索引。
内插滤波器索引是示出内插滤波器的识别编号，示出使用
（a） 事先定义的固定内插滤波器；
（b） 在编码处理中得到的自适应内插滤波器，
中的哪一个。
内插滤波器系数判定部12-1在像以上那样按每个内插位置对与内插滤波器相关的内插位置与滤波器系数的可能的组合算出MSE之后，输出实现最小MSE的组合，即，输出
（1） 内插位置组信息；
（2） 内插滤波器索引；
（3） 内插滤波器系数，
的信息。
[内插滤波器系数判定部的构成例2]
图4是示出内插滤波器系数判定部的其它构成例2的图。内插滤波器系数判定部12-2与前述的构成例1的内插滤波器系数判定部12-1的不同点如下。即，在构成例1中，按内插对象位置分组部123进行分组的每个内插位置的组，从自适应内插滤波器、固定内插滤波器等多个内插滤波器的内插滤波器系数之中通过MSE算出部124选出预测误差能量变为最小的内插滤波器系数。与此相对地，在构成例2中，根据内插位置组，重要度判定部126判定内插位置组的重要度，根据判定结果的重要度选出用作内插滤波器的内插滤波器系数。
在内插滤波器系数判定部12-2中，内插滤波器信息获取部121、内插位置参照概率计算部122、内插对象位置分组部123的处理内容与前述的构成例1的情况是相同的。
重要度判定部126设运动矢量指示的小数像素位置的参照概率越高重要度就越高，对各内插位置组分配重要度越高就越是高精度的内插滤波器的形状、滤波器长度或比特深度。即，重要度判定部126分配重要度越高内插滤波器的形状就越大，或滤波器长度越长，或比特深度越大的内插滤波器系数作为在该内插位置组使用的内插滤波器系数。
构成例2中的内插滤波器系数判定部12-2的输出是示出小数精度的内插位置所属于哪个组的内插位置组信息、示出使用哪个内插滤波器系数的内插滤波器索引、以及内插滤波器系数，它们成为编码的对象。另外，也能省略内插滤波器索引。
[内插滤波器系数判定部的构成例3]
图5是示出内插滤波器系数判定部的其它构成例3的图。构成例3的内插滤波器系数判定部12-3成为组合了前述的构成例1的内插滤波器系数判定部12-1和构成例2的内插滤波器系数判定部12-2的结构。
在内插滤波器系数判定部12-3中，内插滤波器信息获取部121、内插位置参照概率计算部122、内插对象位置分组部123的处理内容与前述的构成例1、2情况是相同的。
在重要度判定部126输入在编码处理中得到的自适应内插滤波器的内插滤波器系数、内插滤波器信息获取部121获取的事先定义的固定内插滤波器的滤波器系数。此外，在重要度判定部126输入内插对象位置分组部123求出的内插位置组信息。
重要度判定部126设运动矢量指示的小数像素位置的参照概率越高重要度就越高，从这些输入对各内插位置组选出几个重要度越高内插滤波器的形状、滤波器长度或比特深度就越是高精度的内插滤波器系数。即，重要度判定部126从输入的内插滤波器系数之中选出多组重要度越高内插滤波器的形状就越大，或滤波器长度越长，或比特深度越大的内插滤波器系数的组。
MSE算出部124输入用运动预测求出的运动矢量MV、解码信号（本地解码图像）、在重要度判定部126选出的内插滤波器系数，按每个内插位置组，使用解码图像的整数位置像素和内插滤波器系数生成运动矢量MV指示的位置中的内插图像，计算与原图像的MSE（MeanSquare Error：均方误差）。该MSE的计算与在构成例1中说明的计算相同。
最小MSE存储部125使输入为在MSE算出部124得到的MSE，保存该值中的成为最小的值。
像以上那样，内插滤波器系数判定部12-3在按每个内插位置对与内插滤波器相关的内插位置与在重要度判定部126选出的内插滤波器系数的可能的组合算出 MSE之后，输出实现最小MSE的组合，即，输出示出小数精度的内插位置所属于哪个组的内插位置组信息、示出使用哪个内插滤波器系数的内插滤波器索引以及内插滤波器系数。
[编码的处理流程]
图6是图1所示的影像编码装置的处理流程图。以下，按照图6，说明影像编码装置对1个帧进行编码的情况下的处理的流程。以下，只要没有特别声明，就假定亮度信号中的处理。
首先，在步骤S101中，输入编码处理所需的原图像的帧。接下来，在步骤S102中，例如，将在H.264/AVC中采用的1维6抽头滤波器或基于DCT变换的内插滤波器的1维8抽头/12抽头滤波器等编码器所具备的固定内插滤波器作为事先定义内插滤波器，使用该内插滤波器导出帧整体的运动矢量（MV）。在此，不限于固定内插滤波器，也可以采用在前帧等算出的自适应内插滤波器的滤波器。
接下来，在步骤S103中，使用在步骤S102中得到的运动矢量，算出编码对象帧中的自适应内插滤波器的系数值。在本步骤中的内插滤波器的系数算出中，使用普遍已知的预测误差能量最小化方法（线性回归）。
接下来，在步骤S104中，根据在步骤S102求出的运动矢量计算每个内插对象位置的参照概率。具体地说，求出运动矢量的指示次数，根据该次数计算全部的运动矢量中的各内插对象位置是从几个运动矢量起进行参照的。
接下来，在步骤S105中，根据在步骤S104求出的参照概率结果，决定内插位置的分组。例如，在求出到1/4像素精度的情况下，存在全部15点的内插对象位置。此时，进行如下的分组，即，使到上位3位为止为组1、从上位4位起到7位为止为组2、从上位8位起到11位为止为组3、除此以外为组4。
接下来，在步骤S106中，根据在步骤S105求出的分组结果，执行在图2、图4、图5说明的内插滤波器系数判定部12-1～12-3的处理。例如，设定内插位置组的重要度，决定使用的内插滤波器。在组1中，因为参照概率高，所以滤波器的影响大，因此，设定为重要度高。在该情况下，例如，通过使用抽头长度长的内插滤波器，或者将滤波器系数值的量化比特深度设定得高，从而分配性能高的滤波器。相反，在组4中，因为参照概率低，所以，即使使用的内插滤波器性能低影响也少。使用抽头长度短的内插滤波器，或者将量化比特深度设定得低。此外，在使用的内插滤波器系数的候补存在多个的情况下，算出使用内插滤波器系数的各候补的情况下的MSE，决定预测误差能量变为最小的内插滤波器系数。
接下来，在步骤S107中，使用在步骤S106决定的内插滤波器系数进行内插处理。
接下来，在步骤S108中，对在步骤S105求出的内插位置组信息进行编码。接下来，在步骤S109中，对在步骤S103求出的内插滤波器系数信息和内插滤波器索引等解码所需的信息进行编码。
接下来，在步骤S110中，对剩余的应编码的信息，例如，预测误差信号（结构成分信息）、运动矢量等全部进行编码。
接下来，在步骤S111中，进行编码帧是否到达最终帧的判定。如果处理帧不是最终帧，就为了处理下一个帧而返回到步骤S101。在如果处理帧为最终帧的情况下，结束编码处理。
另外，在本实施方式中叙述的根据运动矢量的参照概率变更内插位置的组、按每个组调整使用的内插滤波器而进行编码的功能不仅能应用于亮度信号，还能同样地应用于色差信号。
[影像解码装置的构成例]
图7是示出作为本发明的一实施方式的影像解码装置的构成例的图。
在影像解码装置20中，可变长度解码部21输入编码后的比特流，进行量化变换系数、运动矢量、内插位置组信息、内插滤波器索引、内插滤波器系数等的解码。内插滤波器系数判定部22根据内插位置组信息和内插滤波器索引决定在各内插位置使用的内插滤波器系数。
预测信号生成部23中的参照图像内插部231对储存在参照图像存储器25的已解码参照图像应用利用从内插滤波器系数判定部22受理的内插滤波器系数的内插滤波器，进行参照图像的小数精度像素的复原。预测信号生成部23根据进行了小数精度像素的复原的参照图像生成解码对象区块的预测信号。
预测解码部24进行在可变长度解码部21解码的量化系数的逆量化、逆正交变换等，将由此算出的预测误差信号和预测信号生成部23生成的预测信号相加，生成解码图像，作为输出图像输出。此外，为了以后的预测解码，预测解码部24解码的解码图像储存在参照图像存储器25。此时，也可以在实施去区块滤波器或ALF（Adaptive Loop Filter）等用于除去编码噪声的环路滤波器之后进行储存。
[解码的处理流程]
图8是图7所示的影像解码装置的处理流程图。以下，按照图8，说明影像解码装置对1个帧进行解码的情况下的处理的流程。以下，只要没有特别声明，就假定亮度信号中的处理。
在步骤S201中，获取帧头（frame header）（或片段头）的信息。接下来，在步骤S202中，对内插位置组信息进行解码。接下来，在步骤S203中，进行内插滤波器索引、内插滤波器系数的解码。
接下来，在步骤S204中，对解码所需的其它信息（例如，运动矢量、预测误差信号等）全部进行解码。
接下来，在步骤S205中，根据在步骤S202得到的内插位置组信息，进行用于在各内插位置使用的内插滤波器的判定，按每个内插位置组决定应用的内插滤波器。
接下来，在步骤S206中，使用在步骤S205求出的内插滤波器进行内插处理，生成预测信号。接下来，在步骤S207中，将在步骤S204得到的预测误差信号和在步骤S206得到的预测信号相加，生成解码信号。
接下来，在步骤S208中，进行应解码的帧是否全部已被解码的判定，在未全部被解码的情况下，返回到步骤S201，转到下一个帧的解码，在全部已被解码的情况下，结束解码处理。
以上，虽然进行了亮度信号中的说明，但是，本流程也能同样地应用于色差信号。
[使用软件程序的情况下的构成例]
以上的影像编码、解码的处理还能通过计算机和软件程序来实现，即能将该程序记录在计算机可读取的记录介质，也能通过网络来提供。
图9示出使用计算机和软件程序实施本发明的实施方式的情况下的***的构成例。
本***为如下结构，即，通过总线连接有：执行程序的CPU（Central ProcessingUnit：中央处理单元）50；储存有CPU50访问的程序、数据的RAM（Random Access Memory：随机存取存储器）等存储器51；存储编码对象的影像信号或解码图像的影像信号的影像信号存储部52；储存有用于使CPU50执行在本发明的实施方式中说明的处理的程序的程序存储装置53；以及存储编码结果的比特流或解码对象的比特流的编码流存储部54。
程序存储装置53储存有用于使用本发明的实施方式对影像信号进行编码的影像编码程序531、用于使用本发明的实施方式对编码比特流进行解码的影像解码程序532的任一个。程序存储装置53也可以储存这两者程序。
此外，在本***被用作影像编码装置的情况下，影像编码程序531载入到存储器51，CPU50依次调用并执行载入到存储器51的影像编码程序531的命令，通过在本发明的实施方式中说明的方法对储存在影像信号存储部52的影像信号进行编码，将编码结果的比特流储存在编码流存储部54。或者，也可以经由网络适配器等接口将比特流输出到外部装置。
此外，在本***被用作影像解码装置的情况下，影像解码程序532载入到存储器51，CPU50依次调用并执行载入到存储器51的影像解码程序532的命令，通过在本发明的实施方式中说明的方法对储存在编码流存储部54的比特流进行解码，将解码结果的影像信号储存在影像信号存储部52。或者，将解码结果的影像信号输出到外部的再生装置。
以上，虽然参照附图对本发明的实施方式进行了说明，但是，这些实施方式只不过是本发明的示例，显然，本发明不限定于这些实施方式。因此，也可以在不脱离本发明的要旨的范围进行构成要素的追加、省略、置换以及其它变更。即，本发明不限定于上述的说明，只由以下所述的权利要求书所限定。
产业上的可利用性
本发明例如能利用于使用运动补偿画面间预测的影像编码和影像解码。根据本发明，能通过预测误差能量的减低达成编码效率改善。
附图标记说明
10：影像编码装置；
11：内插滤波器系数算出部；
12、22：内插滤波器系数判定部；
121：内插滤波器信息获取部；
122：内插位置参照概率计算部；
123：内插对象位置分组部；
124：MSE算出部；
125：最小MSE存储部；
126：重要度判定部；
13、23：预测信号生成部；
131、231：参照图像内插部；
132：运动检测部；
14：预测编码部；
15：可变长度编码部；
16：解码部；
17、25：参照图像存储器；
20：影像解码装置；
21：可变长度解码部；
24：预测解码部。

Claims (10)

1.一种影像编码方法，使用小数精度的运动补偿，所述影像编码方法具有：
进行运动搜索而获取运动矢量的步骤；
算出获取的运动矢量指示的小数像素位置的参照概率的步骤；
根据算出的参照概率将作为小数像素位置的内插位置分为多个组的步骤；
按每个所述内插位置的组，从多个内插滤波器系数的候补之中选出在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数的步骤；
按每个所述内插位置的组，使用选出的内插滤波器系数生成所述内插预测图像，根据所述内插预测图像实施利用所述小数精度的运动补偿的编码的步骤；以及
对示出所述内插位置的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行编码的步骤。
2.根据权利要求1所述的影像编码方法，其中，
在所述内插滤波器系数的选出中，从所述多个内插滤波器系数的候补之中选出预测误差能量变为最小的内插滤波器系数。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的影像编码方法，其中，
在所述内插滤波器系数的选出中，设参照概率越大内插位置的组的重要度就越高，根据所述参照概率设定重要度，根据设定的重要度，选出重要度越高内插滤波器的形状就越大，或滤波器长度越长，或比特深度越深的内插滤波器系数或其候补。
4.一种影像编码装置，使用小数精度的运动补偿，所述影像编码装置具备：
运动矢量获取部，进行运动搜索而获取运动矢量；
参照概率算出部，算出获取的运动矢量指示的小数像素位置的参照概率；
分组部，根据算出的参照概率将作为小数像素位置的内插位置分为多个组；
内插滤波器系数选出部，按每个所述内插位置的组从多个内插滤波器系数的候补之中选出在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数；
第一编码部，按每个所述内插位置的组，使用选出的内插滤波器系数生成所述内插预测图像，根据所述内插预测图像实施利用所述小数精度的运动补偿的编码；以及
第二编码部，对示出所述内插位置的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行编码。
5.一种影像解码方法，使用小数精度的运动补偿，所述影像解码方法具有：
对示出作为小数像素位置的内插位置的分组的、基于运动矢量指示的小数像素位置的参照概率的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行解码的步骤；
根据所述解码的信息，按每个内插位置的组决定在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数的步骤；
对运动矢量和预测残差信号进行解码的步骤；
使用利用所述决定的内插滤波器系数确定的内插滤波器生成所述内插预测图像，生成运动补偿中的预测信号的步骤；以及
使用解码的预测残差信号和生成的预测信号生成解码图像的步骤。
6.一种影像解码装置，使用小数精度的运动补偿，所述影像解码装置具备：
第一解码部，对示出作为小数像素位置的内插位置的分组的、基于运动矢量指示的小数像素位置的参照概率的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行解码；
内插滤波器系数决定部，根据所述解码的信息，按每个内插位置的组决定在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数；
第二解码部，对运动矢量和预测残差信号进行解码；
预测信号生成部，使用利用所述决定的内插滤波器系数确定的内插滤波器生成所述内插预测图像，生成运动补偿中的预测信号；以及
解码图像生成部，使用解码的预测残差信号和生成的预测信号生成解码图像。
7.一种影像编码产品，使用小数精度的运动补偿，所述影像编码产品具有：
用于进行运动搜索而获取运动矢量的部件；
用于算出获取的运动矢量指示的小数像素位置的参照概率的部件；
用于根据算出的参照概率将作为小数像素位置的内插位置分为多个组的部件；
用于按每个所述内插位置的组，从多个内插滤波器系数的候补之中选出在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数的部件；
用于按每个所述内插位置的组，使用选出的内插滤波器系数生成所述内插预测图像，根据所述内插预测图像实施利用所述小数精度的运动补偿的编码的部件；以及
用于对示出所述内插位置的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行编码的部件。
8.根据权利要求7所述的影像编码产品，其中，
在所述内插滤波器系数的选出中，从所述多个内插滤波器系数的候补之中选出预测误差能量变为最小的内插滤波器系数。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的影像编码产品，其中，
在所述内插滤波器系数的选出中，设参照概率越大内插位置的组的重要度就越高，根据所述参照概率设定重要度，根据设定的重要度，选出重要度越高内插滤波器的形状就越大，或滤波器长度越长，或比特深度越深的内插滤波器系数或其候补。
10.一种影像解码产品，使用小数精度的运动补偿，所述影像解码产品具有：
用于对示出作为小数像素位置的内插位置的分组的、基于运动矢量指示的小数像素位置的参照概率的分组的信息和示出在各内插位置的组中使用哪个内插滤波器系数的信息进行解码的部件；
用于根据所述解码的信息，按每个内插位置的组决定在内插预测图像的生成中使用的内插滤波器系数的部件；
用于对运动矢量和预测残差信号进行解码的部件；
用于使用利用所述决定的内插滤波器系数确定的内插滤波器生成所述内插预测图像，生成运动补偿中的预测信号的部件；以及
用于使用解码的预测残差信号和生成的预测信号生成解码图像的部件。
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