CN103597835A - 影像编码方法、装置、影像解码方法、装置以及它们的程序 - Google Patents

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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：从多个内插滤波器组使用指定内插滤波器系数的权重值的权重参数生成多个加权滤波器系数的步骤；在所述加权滤波器系数之中，选择使所述小数精度的运动补偿中的预测误差能量最小化的加权滤波器系数的步骤；通过应用利用所述选择的加权滤波器系数的内插滤波器，对参照图像进行小数精度像素的内插，利用所述小数精度的运动补偿对输入图像进行编码的步骤；以及对在所述选择的加权滤波器系数的生成中使用的权重参数和所述内插滤波器系数进行编码，将编码后的权重参数和编码后的内插滤波器系数加到编码比特流的步骤。

Description

影像编码方法、装置、影像解码方法、装置以及它们的程序
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、改善编码效率的影像编码/解码技术。
本申请基于2011年6月27日向日本申请的特愿2011－141725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/International Electrotechnical 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 Telecommunication Union-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（Joint Collaborative 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 Cosine Transform：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8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8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9。像图9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]
Figure 143028DEST_PATH_IMAGE002
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]
Figure 922765DEST_PATH_IMAGE003
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]
Figure 849133DEST_PATH_IMAGE004
[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（frame rate））、编码条件（区块大小/GOP（Group of Pictures：图像组）构造/QP（Quantization Parameter：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：Separable Adaptive 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10A～图10C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10B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10C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]
Figure 408793DEST_PATH_IMAGE007
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10A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的区域中只在原本垂直方向上得到特征性的滤波器系数、B的区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, Elena Alshina, Alexander Alshin, Tammy Lee, Jianle Chen, Vadim Seregin, Sunil Lee, Yoon-Mi Hong, Min-Su Cheon, Nikolay Shlyakhov, “Samsung's Response to the Call 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-and aliasing-compensated prediction using a two-dimensional non-separable adaptive Wiener interpolation filter”, Proc.ICIP2005, IEEE International Conference on Image Processing, pp.II 894-897, Genova, Italy, Sep.2005;
非专利文献4：S.Wittmann, T.Wedi： “Separable adaptive interpolation filter for video coding”, Proc.ICIP2008, IEEE International Conference on Image Processing, pp.2500-2503, San Diego, California, USA, Oct.2008；
非专利文献5：Shohei Matsuo, Yukihiro Bandoh, Seishi Takamura, Hirohisa Jozawa： “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, Mohammed Ali 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。
可以认为，想要通过从多个内插滤波器进行选择而谋求编码效率的提高，内插滤波器的选择存在余量更能使预测误差能量最小化。然而，在非专利文献6所述的方法中，成为二选一的选择，可以认为性能提高有限。如果能通过将多个内插滤波器的加权和纳入选择范围而设计进一步实现预测误差能量的减低的内插滤波器，就能实现编码效率的改善。
本发明的目的在于，谋求上述课题的解决，提供一种通过使内插滤波器的选择具有余量，从而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，使编码效率改善的新的方式。
用于解决课题的方案
作为用于达成上述目的方法，本发明基于多个内插滤波器的加权和能进一步减低预测误差能量的设想，在内插图像生成的选择中加入加权内插滤波器。在判断为加权内插滤波器使预测误差能量最小化的情况下，传送权重系数。通过使用本方法，从而能更灵活地生成内插预测图像，通过预测误差能量的减低，可实现编码效率的改善。
在本发明中，在使用小数精度的运动补偿的影像编码中，例如，进行以下的处理。
・通过预先指定的方法或其它任一种方法将小数精度像素的内插位置分为多个组。
・按每个内插位置的组，从多个内插滤波器组使用多个参数导出加权滤波器系数。
・在加权滤波器系数之中，选择使预测误差能量最小化的加权滤波器系数。
・通过应用利用了加权滤波器系数的内插滤波器，对参照图像进行小数精度像素的内插，通过小数精度的运动补偿对输入图像进行编码。
・对指定所选择的加权滤波器系数的权重值的权重参数和在运动补偿中使用的内插滤波器系数进行编码，加入到编码比特流。
此外，在本发明中，在使用小数精度的运动补偿的影像解码中，例如，进行以下的处理。
・按每个内插位置的组，对指定内插滤波器系数的权重值的权重参数和用于生成小数精度像素的内插滤波器系数进行解码。
・使用解码后的权重参数生成根据解码后的内插滤波器系数的权重和确定的加权滤波器系数。
・使用生成的加权滤波器系数生成预测信号。
・对残差信号进行解码，使用该残差信号和所述预测信号生成解码图像。
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，成为二选一的方式，性能改善有限。另一方面，在本发明中，例如，按每个内插位置组计算多个滤波器系数的加权和而求出最佳的权重系数，通过使用该权重系数应用内插滤波器而实施运动补偿。由此，能更灵活地表现内插滤波器，能通过生成减低预测误差能量的滤波器而达成运动补偿的性能改善，改善编码效率。
发明效果
根据本发明，能表现在以往的具有内插位置自适应性的内插滤波器中未能考虑的内插滤波器的加权和，使内插滤波器的选择范围具有余量，能通过预测误差能量的减低而达成编码效率的改善。
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是示出内插滤波器系数判定部的构成例2的图。
图4是作为本发明的一实施方式的编码处理的流程图。
图5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6是作为本发明的一实施方式的解码处理的流程图。
图7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8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9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10A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10B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10C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计算多个滤波器系数的加权和而求出最佳的权重系数，输出该权重参数和内插滤波器系数。此外，在以动态方式决定成为切换加权滤波器系数的单位的内插位置组的情况下，内插滤波器系数判定部12输出内插位置组信息。
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，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）或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的输出的权重参数、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。此外，在以动态方式决定成为切换加权滤波器系数的单位的小数精度像素的内插位置组的情况下，可变长度编码部15还对该内插位置组的信息进行编码而加到编码比特流。
[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第一构成例的图。内插滤波器系数判定部12的部分是与现有技术显著地不同的部分。
在内插滤波器系数判定部12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加权滤波器系数生成部123。例如，也可以使用在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。
权重参数指定部122设定权重参数，将该参数输出到加权滤波器系数生成部123。例如，在取2种滤波器系数的权重的情况下，权重参数给出α（根据α+β＝1的限制，只要给出一个权重即可。虽然也能发送α和β这2种权重，但是，为了削减管理费用，发送1种权重）。同样地，在计算3种滤波器的权重的情况下，根据α+β+γ＝1的限制，给出α、β。在m（4以上的整数）种权重的情况下也是同样的。
加权滤波器系数生成部123将
（a） 以帧单位或区域单位生成的自适应内插滤波器系数值：fA（x）；
（b） 从权重参数指定部122输出的权重参数：α；
（c） 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：fB（x），
作为输入，进行以下的计算。
Figure 138852DEST_PATH_IMAGE008
（在此，0≤x＜t；t是抽头长度，β＝1-α）
在此，虽然设想2种滤波器系数的加权和，但是，即使是3种以上的滤波器系数的加权和，也能同样地设定。加权滤波器系数生成部123将得到的加权滤波器系数输出到后述的MSE算出部124。
在MSE算出部124中，使输入为：
（a） 通过运动搜索处理得到的运动矢量MV；
（b） 解码信号（本地解码图像）；
（c） 从加权滤波器系数生成部123输出的加权滤波器系数，
通过解码图像的整数位置像素和加权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，计算预测残差能量。
关于MSE，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输入到最小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将事先保存或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值的权重参数。
在内插滤波器系数判定部12中，在MSE算出部124中对涉及内插滤波器的可能的组合进行处理之后，输出实现最小MSE的组合，即，输出（1）权重参数、（2）内插滤波器系数。
[内插滤波器系数判定部的构成例2]
图3是示出内插滤波器系数判定部的第二构成例的图。图3所示的内插滤波器系数判定部12′与图2所示的内插滤波器系数部12的不同点在于，具备内插对象位置分组部126，按作为小数像素位置的每个内插位置的组进行前述的权重参数的设定，按每个内插位置的组切换内插滤波器系数。
虽然在前述的构成例1中，例如对全部像素内插位置使用加权滤波器，但是，在构成例2中，按每个指定的内插位置组或按通过某种方法算出的每个内插位置组设定在利用内插滤波器进行的内插处理中使用的加权滤波器系数。还能对某个内插位置组选择是否采取滤波器系数的加权和。例如，在重要的内插位置、选择概率高的内插位置使用加权滤波器，在除此以外的位置使用不是加权的滤波器等，能对内插位置组进行适宜的处理。
内插滤波器信息获取部121、权重参数指定部122、加权滤波器系数生成部123的功能与前述的构成例1是同样的。
内插对象位置分组部126按作为小数像素位置的每个内插位置实施分组，输出每个该内插位置的组信息。关于该内插位置组，可以对小数像素位置预先确定，此外，也可以例如使用运动矢量的概率分布等以动态方式确定。
MSE算出部124按由内插对象位置分组部126输出的内插位置组信息指定的每个内插位置组，使用从加权滤波器系数生成部123输出的加权滤波器系数，通过解码图像的整数位置像素和加权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，即，计算预测残差能量。计算的MSE输出到最小MSE存储部125。此外，最小MSE存储部125在保存该最小值时，保存实现该MSE值的权重参数、内插位置组信息。
内插滤波器系数判定部12′在实施涉及内插滤波器的可能的组合之后，输出实现最小MSE的组合，即，输出（1）权重参数、（2）内插位置组信息、（3）内插滤波器系数。另外，在内插位置组固定、在编码侧与解码侧能共享内插位置组信息的情况下，不需要输出内插位置组信息。
[编码的处理流程]
图4是图1所示的影像编码装置的处理流程图。以下，按照图4，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。在此，虽然对内插滤波器系数判定部由构成例2构成的情况下的处理的例子进行说明，但是，构成例1的情况下的处理也大致相同。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、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中算出的自适应内插滤波器。
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，进行应用内插滤波器的内插对象像素的分组。具体地说，按照预先确定的表，根据内插位置将内插对象像素分为多个组。另外，也可以通过某些方法以动态方式决定内插位置组。在以动态方式决定内插位置组的情况下，需要对内插位置组信息进行编码，传送到解码侧。
接下来，在步骤S105中，按在步骤S104中划分的每个内插位置组生成加权滤波器系数。从表读入权重参数进行设定，根据各权重参数像以下的式（6）所示的那样生成加权内插滤波器系数。
Figure 807730DEST_PATH_IMAGE009
在此，α和β是权重参数（α+β＝1），fA（x）是事先定义的内插滤波器系数，fB（x）是在该帧求出的内插滤波器系数。x表示系数编号，取0≤x＜n的范围（n表示抽头长度）。在此，虽然设想2种滤波器系数的加权滤波器系数，但是，在m（＞2）种内插滤波器的情况下，也能以同样的形式表现。
接下来，在步骤S106中，按在步骤S104中确定的每个组，使用在步骤S105中生成的加权滤波器系数，决定实际在编码中应用的内插滤波器。例如，设定预测误差能量作为评价基准（成本函数），生成使用原图像和在步骤S105中选出的权重参数中的内插滤波器的预测图像，算出使其误差平方和最小化的权重参数。关于权重参数，例如以0.1刻度或0.01刻度变更α的值，算出实现最低的成本值的α。
接下来，在步骤S107中，使用利用在步骤S106中决定的加权滤波器系数确定的内插滤波器进行内插处理。
接下来，在步骤S108中，对在步骤S106中算出的权重参数进行编码。接下来，在步骤S109中，对在步骤S103中算出的内插滤波器系数等内插滤波器信息进行编码。在传送内插位置组信息的情况下，在步骤S109中进行编码。接下来，在步骤S110中，对剩余的应编码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。在如果处理帧是最终帧的情况下，结束编码处理。
另外，在本实施方式叙述的以内插位置组单位使内插滤波器的权重参数最优化而实施编码处理的功能不仅能应用于亮度信号，也同样地能应用于色差信号。
[影像解码装置的构成例]
图5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输入进行编码的比特流，进行量化变换系数、运动矢量、权重参数、内插滤波器系数等的解码。此外，在对内插位置组信息进行编码的情况下，可变长度解码部21还对内插位置组信息进行解码。
加权滤波器系数生成部22根据在可变长度解码部21解码的权重参数、内插滤波器系数生成加权滤波器系数。内插滤波器系数判定部23使用加权滤波器系数生成部22生成的加权滤波器系数决定在进行分组的各内插位置使用的内插滤波器系数。
预测信号生成部24中的参照图像内插部241对储存在参照图像存储器26的已解码参照图像应用利用从内插滤波器系数判定部23接受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24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块的预测信号。
预测解码部25进行在可变长度解码部21进行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24生成的预测信号相加而生成解码图像，作为输出图像输出。此外，为了以后的预测解码，预测解码部25解码的解码图像储存在参照图像存储器26。此时，也可以在实施去区块滤波器、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6是图5所示的影像解码装置的处理流程图。以下，按照图6，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，对权重参数进行解码，储存该信息。接下来，在步骤S203中，对内插滤波器系数的信息进行解码。在对内插位置组信息进行编码的情况下，还对内插位置组信息进行解码。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中解码的权重参数和在步骤S203中解码的内插滤波器系数生成各内插位置组的内插所需的加权滤波器系数。
接下来，在步骤S206中，使用在步骤S204中解码的运动矢量和在步骤S205中得到的加权滤波器系数实施内插处理而生成预测信号。
接下来，在步骤S207中，对在步骤S204中解码的预测误差信号和在步骤S206中求出的预测信号进行合成，复原解码信号。
接下来，在步骤S208中，进行应解码帧是否全部已被解码的判定，在未全部解码的情况下，返回到步骤S201转到下一个帧的解码，在全部解码的情况下，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实现，既能将该程序记录在计算机可读的记录介质，也能通过网络进行提供。
图7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***成为如下的结构，即，通过总线（bus）连接有：执行程序的CPU（Central Processing Unit：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也可以储存这两个程序。
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，只限定于以下叙述的权利要求书的范围。
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，能使内插滤波器的选择范围具有余量，通过预测误差能量的减低达成编码效率的改善。
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、12'、23：内插滤波器系数判定部；
121：内插滤波器信息获取部；
122：权重参数指定部；
123、22：加权滤波器系数生成部；
124：MSE算出部；
125：最小MSE存储部；
126：内插对象位置分组部；
13、24：预测信号生成部；
131、241：参照图像内插部；
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、26：参照图像存储器；
20：影像解码装置；
21：可变长度解码部；
25：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：
从多个内插滤波器组使用指定内插滤波器系数的权重值的权重参数生成多个加权滤波器系数的步骤；
在所述加权滤波器系数之中，选择使所述小数精度的运动补偿中的预测误差能量最小化的加权滤波器系数的步骤；
通过应用利用所述选择的加权滤波器系数的内插滤波器，对参照图像进行小数精度像素的内插，利用所述小数精度的运动补偿对输入图像进行编码的步骤；以及
对在所述选择的加权滤波器系数的生成中使用的权重参数和所述内插滤波器系数进行编码，将编码后的权重参数和编码后的内插滤波器系数加到编码比特流的步骤。
2.根据权利要求1所述的影像编码方法，其中，
按通过预先确定的方法算出的小数精度像素的每个内插位置组或按指定的小数精度像素的每个内插位置组，进行所述加权滤波器系数的选择，
按所述小数精度像素的每个内插位置组切换利用所述加权滤波器系数的内插滤波器。
3.一种影像编码装置，使用小数精度的运动补偿，所述影像编码装置具备：
加权滤波器系数生成部，从多个内插滤波器组使用指定内插滤波器系数的权重值的权重参数生成多个加权滤波器系数；
加权滤波器系数选择部，在所述加权滤波器系数之中，选择使所述小数精度的运动补偿中的预测误差能量最小化的加权滤波器系数；
第一编码部，通过应用利用所述选择的加权滤波器系数的内插滤波器，对参照图像进行小数精度像素的内插，利用所述小数精度的运动补偿对输入图像进行编码；以及
第二编码部，对在所述选择的加权滤波器系数的生成中使用的权重参数和所述内插滤波器系数进行编码，将编码后的权重参数和编码后的内插滤波器系数加到编码比特流。
4.根据权利要求3所述的影像编码装置，其中，
按通过预先确定的方法算出的小数精度像素的每个内插位置组或按指定的小数精度像素的每个内插位置组，进行所述加权滤波器系数的选择，
按所述小数精度像素的每个内插位置组切换利用所述加权滤波器系数的内插滤波器。
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：
对用于生成小数精度像素的内插滤波器系数和指定所述内插滤波器系数的权重值的权重参数进行解码的步骤；
使用解码后的权重参数生成由解码后的内插滤波器系数的权重和确定的加权滤波器系数的步骤；
使用由生成的加权滤波器系数确定的内插滤波器生成预测信号的步骤；
对残差信号进行解码的步骤；以及
使用解码的残差信号和生成的预测信号生成解码图像的步骤。
6.根据权利要求5所述的影像解码方法，其中，
按从编码侧指定的每个内插位置组或规定的每个内插位置组，进行用于生成所述小数精度像素的内插滤波器系数和指定所述内插滤波器系数的权重值的权重参数的解码，
按每个所述内插位置组切换由所述加权滤波器系数确定的内插滤波器。
7.一种影像解码装置，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，对用于生成小数精度像素的内插滤波器系数和指定所述内插滤波器系数的权重值的权重参数进行解码；
加权滤波器系数生成部，使用解码后的权重参数生成由解码后的内插滤波器系数的权重和确定的加权滤波器系数；
预测信号生成部，使用由生成的加权滤波器系数确定的内插滤波器生成预测信号；
第二解码部，对残差信号进行解码；以及
解码图像生成部，使用解码的残差信号和生成的预测信号生成解码图像。
8.根据权利要求7所述的影像解码装置，其中，
按从编码侧指定的每个内插位置组或规定的每个内插位置组，进行用于生成所述小数精度像素的内插滤波器系数和指定所述内插滤波器系数的权重值的权重参数的解码，
按每个所述内插位置组切换由所述加权滤波器系数确定的内插滤波器。
9.一种影像编码程序，用于使计算机执行权利要求1或权利要求2所述的影像编码方法。
10.一种影像解码程序，用于使计算机执行权利要求5或权利要求6所述的影像解码方法。
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GR01 Patent grant
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