JP2001036912A - 画像圧縮方法 - Google Patents

画像圧縮方法

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JP2001036912A JP2000180146A JP2000180146A JP2001036912A JP 2001036912 A JP2001036912 A JP 2001036912A JP 2000180146 A JP2000180146 A JP 2000180146A JP 2000180146 A JP2000180146 A JP 2000180146A JP 2001036912 A JP2001036912 A JP 2001036912A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ピクチャ又はピクチャマクロブロ
ックに対し複数の符号化方式の中から選択された符号化
が実時間的に行なわれる画像圧縮方法の提供を目的とす
る。 【解決手段】 特にMPEG2タイプの本発明の画像圧縮方
法は、複数の符号化タイプの中からマクロブロック毎に
選ばれた符号化が各ピクチャマクロブロック（１０）に
適用される。マクロブロックに適用されるべき符号化を
選択するため、Qが量子化間隔を表わし、αが所定の係
数であり、MB_activが次式、 【数１】 で表わされるとき、パラメータMB_activ−αQが決定さ
れ、選択される符号化モードは上記パラメータMB_activ
−αQの値に依存する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、各ピクチャ又はピ
クチャマクロブロックに対し数種類の符号化方式の中か
ら選択された符号化が行なわれる画像圧縮方法に関す
る。
【０００２】本発明は、特に、MPEG圧縮方法に関する。
本発明は、MPEGタイプの圧縮方法に限定されないが、以
下の説明では、主としてMPEGタイプを取り扱う。
【０００３】
【従来の技術】最初に、MPEGタイプの圧縮方法の原理
と、各マクロブロックに対し選択されるべき符号化タイ
プについて説明する。
【０００４】MPEG2標準の場合に、順次走査モードで各
行に７２０点ずつで５７６行を含むピクチャから始める
ことができる。インタレースモードでは、ピクチャー
は、各行に７２０点ずつの２８８行を有する２枚のフレ
ームにより構成される。
【０００５】各ピクチャはマクロブロックに分割され、
各マクロブロックは１６×１６個のルミナンス点の矩形
により形成される。４．２．０フォーマットでは、４個
のルミナンス点毎に、2個のクロミナンスブロックが関
連付けられ、クロミナンスブロックは８×８個の点を含
み、一方のブロックは色差信号若しくは赤クロミナンス
信号Crを表わし、もう一方のブロックは色差信号若しく
は青クロミナンス信号Cbを表わす。４．２．２フォーマ
ットの場合、各ルミナンスブロックには、８×８形の４
個のマクロブロック、すなわち、青クロミナンス用の２
ブロック及び赤クロミナンス用の２ブロックが関連付け
られる。また、４．４．４フォーマットの場合、ルミナ
ンス成分及びクロミナンス成分はそれぞれ８×８形の４
ブロックにより構成される。
【０００６】図１には、４個の８×８形ルミナンスブロ
ック１０と、青クロミナンス用の８×８形クロミナンス
ブロック１２と、赤クロミナンス用の８×８形クロミナ
ンスブロック１４とが示され、この組は４．２．０標準
形式のマクロブロックを表わす。
【０００７】各ブロックは、離散コサイン変換DCTを用
いて符号化される。離散コサイン変換はルミナンスブロ
ック若しくはクロミナンスブロックを空間周波数を表わ
す係数ブロックに変換することができる。図２からわか
るように、ソースブロック１６は８×８個の係数のブロ
ック１８に変換される。ブロック１８の左上隅はゼロ空
間周波数（ブロックの平均ルミナンス値）に対応し、こ
の原点２０から、水平周波数は矢印２２で示されるよう
に右方向に増加し、垂直周波数は矢印２４で示されるよ
うに上から下に向かって増加する。
【０００８】各マクロブロック毎に、イントラ（フレー
ム内）若しくはインタ（フレーム間）の符号化タイプを
選択することが必要である。イントラ符号化はDCT変換
をピクチャーのソースブロックに適用し、インタ符号化
はDCT変換を、ソースブロックと、先行ピクチャ若しく
は後続ピクチャの予測ブロックとの差を表現するブロッ
クに適用する。
【０００９】いずれを選択するかは、マクロブロックが
属するピクチャのタイプに依存する。ピクチャには３通
りのタイプがあり、第１のタイプは、いわゆるＩタイプ
すなわちイントラタイプであり、符号化は全てのマクロ
ブロックに対し、イントラ（内部的）である。
【００１０】第２のタイプは、Ｐタイプすなわち予測タ
イプであり、Ｐタイプのピクチャの場合、各マクロブロ
ックの符号化はイントラ若しくはインタである。Ｐタイ
プのピクチャのマクロブロックをイントラ符号化する場
合、DCT変換が、ピクチャＰの現在マクロブロックと、
先行Ｉ若しくはＰピクチャから得られた予測マクロブロ
ックとの差に適用される。
【００１１】第３のタイプは、Ｂタイプすなわち双方向
タイプである。このピクチャタイプの各マクロブロック
はイントラ符号化若しくはインタ符号化である。インタ
符号化は、このＢピクチャの現在マクロブロックと予測
マクロブロックとの差に変換を適用する。予測マクロブ
ロックは、先行ピクチャ若しくは後続ピクチャから、又
は、同時に両方（双方向予測）から獲得され、いわゆる
先行若しくは後続予測ピクチャはＩタイプ若しくはＰタ
イプだけが許される。
【００１２】図３には、いわゆるGOP（グループ・オブ
・ピクチャ）と呼ばれるグループを編成するピクチャの
組が示されている。このピクチャの組は、１枚のＩピク
チャと、それに続く１１枚のＢピクチャ及びＰピクチャ
の系列：Ｂ，Ｂ，Ｐ，Ｂ，Ｂ，Ｐ，Ｂ，Ｂ，Ｐ，Ｂ，Ｂ
により構成された１２枚のピクチャを含む。
【００１３】予測画像の場合（すなわち、他のピクチャ
から推定された画像の場合）、動き推定と、その後に続
いて動き補償が、符号化されるべきマクロブロックに適
用される。その理由は、２枚のピクチャの間で、マクロ
ブロックは、ピクチャ間移動及びピクチャ内移動のため
異なる場所に存在するからである。動き補償の効果は、
所定の補間モード（一般的に予測モードと称される）に
従って予測マクロブロックを計算することであり、この
マクロブロックは、所与の符号化モードの現在マクロブ
ロックに対する予測として実際に作用する。以下、この
予測マクロブロックと、同じように符号化モードは、符
号化モードを選択する計算の手続内のいて行なわれる判
定に依存して維持され、若しくは、拒絶される。
【００１４】また、各ピクチャが奇数フレームと偶数フ
レームの２枚の連続したフレームにより構成されるイン
タレースモードの場合に、DCT変換を順番に適用する
か、若しくは、各フレーム毎に個別に適用するのかを決
める必要がある。なぜならば、ピクチャの動き又はピク
チャの構造に依存して、符号化の結果は、変換がピクチ
ャに関して行なわれるか、フレーム毎に行なわれるかに
応じて異なるからである。
【００１５】この選択は、図４の（ａ）及び（ｂ）に示
される。図４の（ａ）には、奇数フレームの行３０1，
３０3、．．．、３０15と偶数フレームの行３０2、３０
4、．．．、３０16とにより構成されたインタレース型
ピクチャのマクロブロック２８が示されている。図４の
（ａ）は、ピクチャに関して行なわれるDCT変換に対応
し、マクロブロック２９の中の４個の各ブロックは、行
を並べ替えること無く変換される。かくして、符号化
は、マクロブロック２８を形成する４個のブロック２８
1、２８2、２８3、２８4に関して行なわれ、変換はブロ
ック２８1及び２８2に対する行３０1乃至３０8とブロッ
ク２８3及び２８4に対する行３０9乃至３０1 6とに関し
て行なわれる。
【００１６】これに対し、図４の（ｂ）には、奇数フレ
ームと偶数フレームに別個に行なわれる変換が示されて
いる。ブロック３２1及び３２2は奇数フレームに対応
し、ブロック３２3及び３２4は偶数フレームに対応す
る。したがって、ブロック３２1は、行３０1、３
０3、．．．、３０15により構成され、ブロック３２3及
び３２4は、行３０2、３０4、．．．、３０16により構
成される。
【００１７】図５には、画像圧縮若しくはビデオ圧縮に
関して行なわれるべき種々の動作が機能的なブロック図
で示されている。デジタル化された各ピクチャは、８×
８形のブロックへの分割を行なうブロック化処理部４０
の入力に供給され、これらの８×８形のブロックはイン
トラ符号化とインタ符号化の間で選択を行なう処理部４
２に伝達される。イントラ符号化が選択された場合、こ
のブロックはDCT変換処理部４４に伝達される。インタ
符号化が選択された場合、ブロックは、このブロック自
体と、時間予測処理部４８によって送出された予測ブロ
ックとの差を得る減算処理部４６によって減算される。
【００１８】DCT変換処理部４４の後、量子化処理部５
０で量子化が行なわれ、かくして得られた量子化された
係数は、可変長若しくは固定長の可変長符号化処理部５
２で符号化される。符号化処理部５２の出力で符号化さ
れた係数は、バッファメモリ５４に送られ、このバッフ
ァメモリ５４の出力が符号化出力５６を構成する。バッ
ファメモリ５４が一杯になること、及び、空になること
を防止するため、調節処理部６０は量子化処理部５０を
変更する。
【００１９】時間予測が行なえるようにするため、量子
化処理部５０の出力は、逆量子化Q- 1処理部６２の入力
に供給され、逆量子化処理部６２の出力は逆離散コサイ
ン変換DCT-1処理部６４に供給される。逆離散コサイン
変換処理部６４の出力は、判定処理部６８によって判定
されたブロックの符号化タイプがイントラ符号化である
とき、そのまま画像メモリ６６に送られる。これに対
し、判定処理部６８が符号化がインタ符号化であると判
定した場合、逆離散コサイン変換処理部６４の出力は加
算器７０を用いて、時間予測処理部４８によって送出さ
れた予測マクロブロックに加算され、加算器７０からの
出力が画像メモリ６６に伝達される。メモリ６６は復号
化された画像を保持する。
【００２０】ピクチャ間及びピクチャ内の動きは、一方
で画像メモリ６６からの情報を受信し、他方でブロック
化処理部４０からの出力を受信する動き推定処理部７２
によって推定される。このように、時間予測処理４８
は、一方で画像メモリ６６に基づき、他方で動き推定処
理部７２に基づいて行なわれることがわかる。
【００２１】符号化若しくは２進数列の計算処理５２
は、特に、動き推定処理機能部７２からの動きベクトル
と、符号化されたDCT係数と、マクロブロックのヘッダ
と、MPEG2符号化情報処理部７４から送出されるMPEG2符
号化情報とに基づく。この情報は、MPEG2シグナリング
キュー、すなわち、マクロブロック（若しくはスライ
ス）の行のヘッダと、GOPのピクチャのヘッダと、符号
化されるべきシーケンスのヘッダとに関係する。
【００２２】Ｉタイプのピクチャの場合に、符号化は、
フレーム形式のイントラ符号化又はピクチャ形式のイン
トラ符号化の間で選択される。この選択は、マクロブロ
ックに含まれる動きの解析に基づいて行なわれ、一般的
に優れた結果を与える。
【００２３】Ｐタイプ及びＢタイプのピクチャの場合
に、判定すべき事項の数は実質的に増加する。
【００２４】かくして、Ｐマクロブロックは、以下の８
通りの基本モード ・イントラ、フレームDCT ・イントラ、ピクチャDCT ・動き補償無し(noMC)、フレームDCT ・動き補償無し(noMC)、フレームDCT ・動き補償あり、先行フレームによる予測、フレームDC
T ・動き補償あり、先行フレームによる予測、ピクチャDC
T ・動き補償あり、先行ピクチャによる予測、フレームDC
T ・動き補償あり、先行ピクチャによる予測、ピクチャDC
T に従って符号化される。
【００２５】Ｂタイプのピクチャの場合に、２種類のイ
ントラ符号化モードと、Ｐタイプのピクチャに関して指
定された動き補償を伴う４種類のモードと、後方予測ピ
クチャに基づく以下の４種類の類似した符号化モード ・後方フレームによる予測、フレームDCT ・後方フレームによる予測、ピクチャDCT ・後方ピクチャによる予測、フレームDCT ・後方ピクチャによる予測、ピクチャDCT と、以下の４種類の双方向モード ・フレーム形式双方向予測、フレームDCT ・フレーム形式双方向予測、ピクチャDCT ・ピクチャ形式双方向予測、フレームDCT ・ピクチャ形式双方向予測、ピクチャDCT とを含む１４通りの基本符号化モードが考えられる。
【００２６】ＰピクチャとＢピクチャの種々のモードの
間で選択を行なうために使用される規準は、性質が変化
し得る結果を与えることに注意する必要がある。
【００２７】1998年8月28日にTHOMSOM Multimediaによ
って出願された先行の特許出願第98-10802号には、圧縮
方法が開示されている。考えられる全てのモード或いは
その中の一部のモードに従ってトライアル符号化が行な
われ、トライアル符号化毎に、符号化コスト及び／又は
クォリティファクタQが判定され、使用される符号化モ
ードは、符号化コストの値及び／又はクォリティファク
タの値の関数として選択される。
【００２８】換言すると、先行の特許出願に記載された
方法によれば、符号化モードはマクロブロックの内部解
析の関数としては選択されず、全て（又は一部）の符号
化の可能性を試行し、符号化コストを最小限に抑える
か、或いは、画質を最良にするか、符号化コストと画質
の間で最良の妥協点を与える点で最良の結果が得られる
モードを採用することによって選択された。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】この処理は、特に、特
定のコスト／クォリティ規準が選択された場合に、各マ
クロブロックに対し最適な結果を与える。しかし、この
処理は、非常に長い計算時間を要し、この計算時間は特
に携帯型装置では削減することが難しいので、符号化を
実時間で実行しなければならないという観点で適用する
ことが困難である。
【００３０】それにもかかわらず、上記の先行の特許出
願による符号化方法は、実時間で計算でき、Ｐ及びＢピ
クチャの場合に優れた結果を与える符号化のモードを選
択させることができるパラメータを決定するため使用さ
れる。
【００３１】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の局面によ
れば、Ｐ及び／又はＢピクチャのマクロブロックを符号
化するモードを決定するため、インタ符号化モードの場
合にはピクチャ間エネルギーであり、イントラ符号化モ
ードの場合にはルミナンスの平均値に対する相対エネル
ギーであるエネルギーパラメータを符号化モード毎に計
算し、最小エネルギーパラメータを与える符号化モー
ド、又は、上記最小エネルギーパラメータの所定の倍率
ｋ倍を超えないエネルギーパラメータを符号化モードを
採用する。一実施例において、倍率ｋは２．５である。
【００３２】
【発明の実施の形態】インターマクロブロックの場合
に、ピクチャ間エネルギーMBdfdは以下の値を有する。
【００３３】
【数６】 上式において、e(i,j)は予測誤差を表わし、iはマクロ
ブロック内の行番号を表わし、jはマクロブロック内の
列番号を表わす。
【００３４】イントラ符号化モードの場合に、相対エネ
ルギーは、８×８形のブロック毎に、ブロックの画素の
ルミナンスx(i,j)とブロックの輝度の平均値(bl.avr.lu
m.)の差の絶対値の和、すなわち、次式（２）を計算す
ることによって決定される。
【００３５】
【数７】 平均値bl.avr.lumは、ピクチャ符号化モードとフレーム
符号化モードの両方で決定される。
【００３６】インタマクロブロック（マクロブロック
間）の場合にパラメータMBdfdを使用することは公知の
事項である。しかし、上式（２）によって定義されたパ
ラメータMBdfdは、イントラ符号化モードでも利用でき
ることがわかった。すなわち、符号化モードを決定する
ために新しいパラメータが利用される。
【００３７】この新しいパラメータMBdfdは、フレームD
CTモードかピクチャDCTモードを選択するため使用され
る。ピクチャDCTモードかフレームDCTモードを決定する
ため、マクロブロックの局部的な動き量がピクチャモー
ド及びフレームモードで比較され、最も小さい局所的な
動き量を与えるモードが選択される。本発明によれば、
ピクチャの局所的な動き量とフレームの局所的な動き量
が一致するときに、選択を最適化することが可能であ
る。この場合、上述のように定義されたエネルギーパラ
メータMBdfdが比較され、パラメータMBdfdが小さくなる
方のピクチャDCT符号化モード又はフレームDCT符号化モ
ードが選択される。
【００３８】最後に、ピクチャパラメータMBdfdとフレ
ームパラメータMBdfdが一致する場合、好ましくは、ピ
クチャDCT符号化が実行される。
【００３９】局部的動き量は次式の通り定義されること
に注意する必要がある。
【００４０】
【数８】 上式において、x(i,j)とiとjは既に説明した通りであ
る。しかし、予測モードの場合に、MB_activは、予測誤
差のあるマクロブロックについて計算される。
【００４１】上記の特徴とは別個に使用される本発明の
別の特徴によれば、Ｐピクチャ及びＢピクチャを符号化
する全ての可能性のあるモードに対しパラメータ、すな
わち、 パラメータ：MB_activ−α.Q 決定され、このパラメータを最小限に抑える符号化モー
ドが選択される。
【００４２】MB_activは、マクロブロックの局部的動き
量であり、Qは量子化間隔を表わし、αは量子化マトリ
ックスに重み付けをするパラメータに依存した係数であ
る。一実施例において、このパラメータαは１である。
【００４３】値α.Qを値MB_activから減算することによ
り得られる量（MB_activ−α.Q）は、着目しているマク
ロブロックの潜在的コストの推定量である。実際上、決
定されたMB_activに対し、量子化間隔Qが大きいほど、
量子化ルーチンで最小される係数が少なくなるので、マ
クロブロックのコストは小さくなる。
【００４４】実際上、量子化ルーチンにおいて、MPEG2
符号化標準は、量子化間隔Qと、一般的に、高周波係数
の振幅を減少させることが可能であるDCT係数のための
いわゆる加重マトリックス（DCTのサイズに対応した８
×８のサイズを有する）とを使用する。かくして、DCT
係数c(i,j)は、量子化間隔Qと加重マトリックス中の対
応した係数p(i,j)の値の積で振幅を割り算することによ
り量子化される。
【００４５】一般的に、ピクチャ間加重マトリックスと
ピクチャ内加重マトリックスは同じではない。また、こ
れらのマトリックスの内容は標準規格には指定されず、
符号化器の仕様に関係して変化する。
【００４６】αに対しては、以下のイントラ加重マトリ
ックス及びインタ加重マトリックスの組の関係の範囲内
で値１が選択される。 イントラマトリックスm_intra_1 インタマトリックスm_inter_1 08 16 16 19 16 19 22 22 16 17 17 19 18 19 20 20 22 22 22 22 26 24 26 27 20 20 22 21 22 21 22 23 27 27 26 26 26 26 27 27 23 24 23 24 23 25 25 26 27 29 29 29 34 34 34 29 25 26 24 25 26 26 27 27 29 29 27 27 29 29 32 32 28 27 27 26 28 29 29 30 34 34 37 38 37 35 35 34 29 29 28 31 31 32 31 32 35 38 38 40 40 40 48 48 30 33 34 33 34 33 36 35 46 46 56 56 58 69 69 83 36 35 38 39 38 41 40 43 他方で、マトリックスは以下のようにも構成される。 イントラマトリックスm_intra_1 インタマトリックスm_inter_2 08 16 16 19 16 19 22 22 16 16 16 16 16 16 16 16 22 22 22 22 26 24 26 27 16 16 16 16 16 16 16 16 27 27 26 26 26 26 27 27 16 16 16 16 16 16 16 16 27 29 29 29 34 34 34 29 16 16 16 16 16 16 16 16 29 29 27 27 29 29 32 32 16 16 16 16 16 16 16 16 34 34 37 38 37 35 35 34 16 16 16 16 16 16 16 16 35 38 38 40 40 40 48 48 16 16 16 16 16 16 16 16 46 46 56 56 58 69 69 83 16 16 16 16 16 16 16 16 ピクチャ間符号化モードのため使用されるパラメータα
の値αとして、１未満、たとえば、0.875が選択され
る。その理由は、マトリックスm_inter_2がマトリック
スm_inter_1よりも多数のDCT係数を許容するからであ
る。この構成の場合には、 ・ピクチャ内モードで、α＝α_intra＝１ ・ピクチャ間モードで、α＝α_inter＝０．０８７５ であると考えられる。
【００４７】一実施例において、イントラ符号化モード
の場合に、あるブロックに対して、パラメータblock_ac
tiv−αQが所定のレベル未満であるならば、このパラメ
ータblock_activ−αQは、たとえば、イントラ符号化マ
クロブロックの最小コストの４分の１に対応したデフォ
ルト値が与えられる。実際上、イントラモードで符号化
されたマクロブロックは、ピクチャ間モードの場合とは
異なり、ゼロコストにはなり得ない。実際のブロックの
最小コストは、ブロックの平均値（DC）とブロックの最
後を表現するコードの符号化コストに対応する。したが
って、 ・４．２．０符号化構造の場合に、ブロックの最小コス
トの推定量は、bl_intra_420_minになる（たとえば、bl
_intra_420_min＝11）。 ・４．２．２符号化構造の場合に、ブロックの最小コス
トの推定量は、bl_intra_422_minになる（たとえば、bl
_intra_422_min＝15）。
【００４８】これらの最小値は、勿論、係数を符号化す
るため使用されるVLCテーブルの関数として実質的に変
化し、ブロックの最後のエンド・オブ・ブロックのコー
ドの長さも変化する。この方法の基本的な事項は、ゼロ
コストのイントラマクロブロックを有するとは考えられ
ないことである。
【００４９】本発明の好ましい実施例によれば、上記の
規準の組合せが使用され、Ｐピクチャ及びＢピクチャに
対し以下の方法で進められる。
【００５０】パラメータMBdfdの最小値、すなわち、MB
dfdminは、全ての起こり得る符号化モード（イントラ符
号化を含む）の中から各マクロブロックに対して決定さ
れ、その最小値に対する符号化モードが選択される。
【００５１】MBdfd＜k.MBdfdmin 但し、ｋは所定の倍率であり、本例では、２．５であ
る。
【００５２】DCTのタイプ（フレーム若しくはピクチ
ャ）を決定するため、上記の処理が進められ、すなわ
ち、局所的動き量パラメータMB_activが考慮され、ピク
チャMB_activeパラメータ若しくはフレームMB_activパ
ラメータのどちらが小さいかに依存してピクチャDCT又
はフレームDCTが選択され、両方のパラメータが一致す
る場合には、ピクチャMBdfdパラメータとフレームMBdfd
パラメータのどちらが小さいかに依存してピクチャDCT
又はフレームDCTが選択される。両方のパラメータMBdf d
が一致する場合に、ピクチャDCTが選択される。
【００５３】最後に、候補とされている符号化モードの
中から採用されるべき符号化モードを選択するため、以
下のパラメータ、 Val = (MB_activ−α.Q).MBdfd/MBdfdmin＋Hdr＿MB （３） が考慮され、このパラメータValの最小値を与える符号
化モードが選択される。
【００５４】上式（３）において、Hdr_MBは、パラメー
タCBP（符号化ブロックパターン）以外のマクロブロッ
クのヘッダの全てのパラメータの合計を表わす。パラメ
ータCBPは、インタピクチャ（ピクチャ間）モードにお
いてあるブロックが空である場合に、係数を含むブロッ
クの分布を復号器に示すことができる可変長符号であ
る。実際上、ヘッダの全てのパラメータは、パラメータ
CBPを除いて符号化の前に決定することができる。この
パラメータはHdr_MB内では所定の値で置換してもよい。
【００５５】４．２．０マクロブロック（４個のルミナ
ンスブロックと２個のクロミナンスブロック）に対する
CBP符号の長さは、VLC符号のテーブルに従って、３ビッ
トから９ビットまで変化する。所定の値は、たとえば、
４である。４．２．２標準（４個のルミナンスブロック
と４個のクロミナンスブロック）の場合、この値は僅か
に大きくなる（たとえば、６）。
【００５６】全ての有用な目的のため、マクロブロック
のヘッダに含まれるパラメータは、最後に符号化された
マクロブロックに対するマクロブロックの相対アドレス
を表わすMBAアドレス符号（マクロブロックアドレス）
と、符号化モードと、量子間間隔の値と、DCTのタイプ
（ピクチャ又はフレーム）と、ベクトルとであることを
記す。
【００５７】この最後のポイントに関して、ベクトルの
コストは、一般的にピクチャモードよりもフレームモー
ドの方で高い点に注意する必要がある。その理由は、フ
レームモードでは、ピクチャモードよりも２倍多数のベ
クトルを準備しなければならないからである。しかし、
ベクトルの符号化は伝達された最新のベクトルに関して
別々に行なわれるので、フレームモードの符号化コスト
はピクチャモードの符号化コストよりも高い。
【００５８】好ましくは、式（３）において、MBdfdに
は重み係数thdが割り当てられる。重み係数thdは、イン
タ符号化モードの場合には１であり、イントラ符号化モ
ードでは１よりも大きく、Ｐピクチャ又はＢピクチャの
いずれか処理されているかに依存して、経験的に決めら
れた異なる値を示す。
【００５９】この重み係数は、イントラモードでマクロ
ブロックを符号化するコストがインタモードでマクロブ
ロックを符号化するコストよりも一般的に高いという事
実を示唆する。
【００６０】MB_activ−α.Q＝０であるならば、マクロ
ブロックは空であり、符号化されない。
【００６１】この場合、常にパラメータvalはヘッダHdr
_MBのコストに制限される。
【００６２】また、マクロブロックが潜在的に空であ
り、符号化されていない（インタピクチャモードのまま
である）と推定される場合、マクロブロックの省略され
た構造（SKIPPED MACROBLOCK）が考慮される。この構
造は２通りの特別なケースに対応する。
【００６３】（第１の場合）Ｐピクチャの場合に、マク
ロブロックは空であり、符号化されず、符号化モードは
noMC、すなわち、いわゆる補償無しモードである（実際
にはこのベクトルはデフォルトでゼロである）。
【００６４】（第２の場合）Ｂピクチャの場合に、マク
ロブロックは空であり、符号化されず、動きベクトルは
先に伝達された動きベクトルと一致する。
【００６５】省略マクロブロックの場合に、当該マクロ
ブロックに関する情報は伝達されない。
【００６６】かくして、パラメータvalを用いて、特
に、符号化されていないマクロブロック、或いは、省略
されたマクロブロックにさえ連動した空のブロックを最
良識別することが試みられる。これは、先験的なアプロ
ーチという状況の範囲内で合理的なコスト／クォリティ
比を実現し、すなわち、実時間でセットアップすること
ができる。
【００６７】従来、イントラタイプのピクチャに対し、
フレームDCT符号化とピクチャDCT符号化の間の選択しか
できなかった。この目的のため、パラメータMB_activが
利用され、フレームMB_activパラメータとピクチャMB_a
ctivパラメータのいずれが小さいかに依存してフレーム
符号化モード又はピクチャ符号化モードが選択される。
【００６８】経験的に、本発明の実施例とは無関係に、
この画像圧縮方法は、先行技術の方法よりも、同じクォ
リティに対する符号化コストを削減することができ、一
定符号化コストに関してクォリティを高め得ることがわ
かった。
【００６９】一般的な方法で、本発明は、特に、マクロ
ブロック毎に数通りの符号化タイプから選択された符号
化がピクチャマクロブロック１０毎に適用されるMPEG2
タイプの画像圧縮方法を提供する。マクロブロックに適
用されるべき符号化のタイプを選択するため、パラメー
タMB_activ−α.Qが決定される。MB_activの値は以下の
通りである。
【００７０】
【数９】 式中、Qは量子化間隔であり、αは所定のパラメータで
あり、選択された符号化のモードは上記パラメータMB_a
ctiv−α.Qの最小値に対応する。
【００７１】一実施例によれば、係数αは１に一致す
る。
【００７２】さらにαの値は、DCT係数を量子化する処
理で使用された加重マトリックスの内容に依存させても
よい。
【００７３】この装置の一実施例によれば、イントラ
（又はインタ）ピクチャモードにおいてα＝１であり、
インタ（又はイントラ）ピクチャモードで使用される加
重マトリックスは、イントラ（又はインタ）モードより
も小さい重み付けを実施し、インタ（又はイントラ）ピ
クチャモードで使用される係数αは１よりも小さい。
【００７４】一実施例によれば、各ブロック（１６）に
対し、イントラ符号化モードにおいて、パラメータbloc
k_activ−α.Qが所与の閾値よりも低下したとき、所定
の値がこのパラメータblock_activ−α.Qに与えられ
る。
【００７５】所定の値はイントラ符号化マクロブロック
の最小コストの４分の１に対応する。
【００７６】一実施例において、マクロブロックが潜在
的に空であると推定された場合に、計算された値valを
重み付けすることによって、スキップマクロブロック符
号化を優先することが可能である。これらの場合につい
ては、既にMB_activ−α.Q＝０の場合についての説明と
共に以下の説明を参照のこと。
【００７７】Ｐピクチャの場合に、符号化モードはnoM
C、すなわち、いわゆる補償無しモードである（実際
に、このベクトルはデフォルトでゼロにされる）。
【００７８】Ｂピクチャの場合に、動きベクトルは先に
伝達された動きベクトル、すなわち、最後に符号化され
たマクロブロックによって使用された動きベクトルと同
じである。
【００７９】本発明の一変形例によれば、valに関する
式中のHdr_MBの値は変数Contextによって重み付けされ
る。
【００８０】 val＝MB_activ＊MB_dfd／MB_dfd_min＋Hdr_MB＊Context この変数は以下の値をとる。 １）MB_val_avg≦threshold_val_avg かつ MB_mean_activ≦threshold_mean_activ であるならば、 Context＝(MB_val_avg／256)＊(MB_mean_activ／16) である。ここで使用された閾値は予め定義された閾値で
ある。 ２）それ以外の場合には、 Context＝１ である。
【００８１】この重み付けは以下の２個のパラメータに
依存する。 ・ソースマクロブロックの平均動き量：この値は、符号
化されるべきマクロブロックの平均動き量を推定するこ
とによってコンテキストを考慮することが可能である。
このパラメータは次式に従って計算される。
【００８２】
【数１０】 ・ソースマクロブロックの平均ルミナンス値：平均動き
量の場合と同様に、この情報は現在マクロブロックが存
在するコンテキストを推定し、判定規準を最適化するた
めに役立つ。この平均値はルミナンスブロックだけに関
して、次式に従って計算される。
【００８３】
【数１１】 式中、MB_src(i,j)はマクロブロックMB内の画素(i,j)の
ルミナンスに対応する。
【００８４】より一般的に説明すると、選択された重み
付けは、ソースマクロブロックの平均ルミナンス値に比
例し、ソースマクロブロックの平均動き量に反比例す
る。このため、マクロブロックの動き量と、同じマクロ
ブロックの平均ルミナンス値とを考慮できるようにな
る。
【００８５】均一なマクロブロックの場合、すなわち、
MB_activの値が小さいか、或いは、量子化間隔が大きい
場合、式MB_activ−α.Qは、ヘッダのコストよりも小さ
い。したがって、このアルゴリズムは、先行ピクチャ若
しくはフレームに基づく予測モード、又は、より高いコ
ストHdr_MBを有するフレーム若しくはピクチャ双方向予
測モードに有害な後続ピクチャ若しくはフレームに基づ
く予測モードを優先する傾向がある。
【００８６】双方向予測モードは予測誤差を平均化し、
主観的なクォリティを改善する。その理由は、ソースマ
クロブロックの平均動き量及び平均ルミナンス値が所定
の閾値よりも小さい場合に、このヘッダのコストの重み
付けによって、パラメータvalの値が双方向予測モード
の場合には減少し、このモードが優先される、すなわ
ち、DFDminが選択されるからである。
【００８７】マクロブロックの平均動き量が小さく、平
均ルミナンスが低い場合に、均一の暗いゾーンが現れる
ので、ブロックの効果は最も顕著である。重み付けは、
アーティファクトのタイプを制限することができる双方
向符号化を優先するように実行される。
【００８８】マクロブロックの平均動き量が大きいか、
若しくは、少なくとも所定の閾値よりも大きい場合に、
テクスチャ状ゾーンが現われ、ブロックの効果は良く見
分けることができず、双方向モード（Context＝１）を
選択する必要がない。重み付けを考慮するのは、実際に
はマクロブロックの平均動き量であって、マクロブロッ
クの動き量ではないことに注意する必要がある。なぜな
らば、マクロブロックの動き量は、一部の画素だけがマ
クロブロック内の他の画素よりもルミナンスに大きい不
均衡を有する場合でも高くなるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】４．２．０標準形式のマクロブロックを表わす
図である。
【図２】ソースブロックから係数ブロックへのDCT処理
を示す図である。
【図３】GOPを示す図である。
【図４】フレームに関するDCT変換とピクチャに関するD
CT変換を説明する図である。
【図５】画像圧縮に関して行なわれるべき種々の動作の
機能的なブロック図である。
【符号の説明】
１０ ルミナンスブロック １２，１４ クロミナンスブロック １６ ソースブロック １８ 係数ブロック ４０ ブロック化処理部 ４２ 選択処理部 ４４ DCT変換処理部 ４６ 減算処理部 ４８ 時間予測処理部 ５０ 量子化処理部 ５２ 符号化処理部 ５４ バッファメモリ ６０ 調節処理部 ６２ 逆量子化処理部 ６４ 逆DCT処理部 ６６ 画像メモリ ６８ 判定処理部 ７０ 加算器 ７２ 動き推定処理部 ７４ MPEG2符号化情報処理部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 391000771 46，Ｑｕａｉ Ａｌｐｈｏｓｅ Ｌｅ Ｇ ａｌｌｏ，92648 Ｂｏｕｌｏｇｎｅ Ｃ ｅｄｅｘ，Ｆｒａｎｃｅ，Ｆｒａｎｋｒｅ ｉｃｈ (72)発明者 ピエール リュル フランス国，35410 ドムルプ，リュ・ デ・コクリコ 15

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の符号化タイプの中からマクロブロ
    ック毎に選ばれた符号化が各ピクチャマクロブロックに
    適用される特にMPEG2タイプの画像圧縮方法であって、 上記マクロブロックに適用されるべき符号化を選択する
    ため、MB_activがマクロブロックの動き量のエネルギー
    であり、Qが所定の量子化間隔を表わし、αが所定の係
    数であるときに、以下のパラメータ、すなわち、 MB_activ−αQ が決定され、選択される符号化モードは上記パラメータ MB_activ−αQ の値に依存することを特徴とする画像圧縮方法。
  2. 【請求項２】 上記マクロブロックの動き量は、x(i,j)
    が各マクロブロック内のi行j列のポイントのルミナンス
    を表わす場合に、以下の式、すなわち、 【数１】 によって定義されることを特徴とする請求項１記載の画
    像圧縮方法。
  3. 【請求項３】 上記選択される符号化モードは、上記パ
    ラメータ MB_activ−αQ の最小値に対応した符号化モードであることを特徴とす
    る請求項１記載の画像圧縮方法。
  4. 【請求項４】 上記係数αの値は１であることを特徴と
    する請求項３記載の画像圧縮方法。
  5. 【請求項５】 上記係数αの値は離散コサイン変換係数
    を量子化する処理で使用される加重マトリックスの内容
    に依存させられることを特徴とする請求項３記載の画像
    圧縮方法。
  6. 【請求項６】 イントラ（又はインタ）ピクチャモード
    でα＝１であり、 インタ（又はイントラ）ピクチャモードで使用される加
    重マトリックスは、イントラ（又はインタ）モードより
    も小さい重み付けを実施し、インタ（又はイントラ）ピ
    クチャモードで使用される係数αは１よりも小さくされ
    ることを特徴とする請求項５記載の画像圧縮方法。
  7. 【請求項７】 各ブロックに対し、イントラ符号化モー
    ドにおいて、パラメータblock_activ−α.Qが所与の閾
    値よりも低下したとき、所定の値がこのパラメータbloc
    k_activ−α.Qに与えられることを特徴とする請求項２
    乃至６のうちいずれか一項記載の画像圧縮方法。
  8. 【請求項８】 上記所定の値はイントラ符号化マクロブ
    ロックの最小コストの４分の１に対応することを特徴と
    する請求項７記載の画像圧縮方法。
  9. 【請求項９】 上記符号化モードは、符号化に関連した
    ヘッダHdr_MBを符号化するコストに依存して選択される
    ことを特徴とする請求項１又は２記載の画像圧縮方法。
  10. 【請求項１０】 上記ヘッダを符号化するコストはイン
    タ符号化モードに対する符号化ブロックパラメータCBP
    が考慮されていないことを特徴とする請求項９記載の画
    像圧縮方法。
  11. 【請求項１１】 上記符号化ブロックパラメータCBPは
    符号化されるべきピクチャの標準に依存した所定の値に
    よって置き換えられることを特徴とする請求項１０記載
    の画像圧縮方法。
  12. 【請求項１２】 複数の符号化モードの中から選択され
    た符号化モードは、次の式で表わされるパラメータva
    l、すなわち、 Val = (MB_activ−α.Q).MBdfd/MBdfdmin＋Hdr_MB が最小値になる符号化モードであり、式中、MB_activは
    マクロブロックの動き量を表わし、Qは量子化間隔を表
    わし、αは一定係数を表わし、Hdr_MBは符号化モードに
    関連したヘッダを符号化するコストを表わし、MBdfdは
    マクロブロックのエネルギーパラメータを表わすとき、
    上記エネルギーパラメータMBdfdはインタ符号化の場合
    に以下の値、すなわち、 【数２】 をとり、式中、i及びjは各ポイントの行番号及び列番号
    を表わし、e(i,j)は対応したポイントに対するルミナン
    ス予測誤差を表わし、上記エネルギーパラメータMBdfd
    はイントラ符号化の場合に以下の値、すなわち、 【数３】 をとり、式中、x(i,j)は各ブロックのi行j列におけるポ
    イントのルミナンスを表わし、bl.avr.lumは各ブロック
    に関するルミナンスの平均値を表わすことを特徴とする
    請求項９記載の画像圧縮方法。
  13. 【請求項１３】 上記パラメータMBdfdはイントラ符号
    化モードの場合にインタ符号化モードよりも大きい係数
    が割り当てられることを特徴とする請求項９記載の画像
    圧縮方法。
  14. 【請求項１４】 上記パラメータMBdfdに割り当てられ
    た値は、イントラモードの場合に、符号化されるべきピ
    クチャがＰピクチャであるか、或いは、Ｂピクチャであ
    るかに依存することを特徴とする請求項１３記載の画像
    圧縮方法。
  15. 【請求項１５】 値MB_activは、量MB_activ−α.Qが所
    定の閾値よりも降下したとき、デフォルト値として上記
    量MB_activ−α.Qに割り当てられることを特徴とする請
    求項９乃至１４のうちいずれか一項記載の画像圧縮方
    法。
  16. 【請求項１６】 上記デフォルト値はイントラ符号化マ
    クロブロックを符号化する最小コストの４分の１に対応
    することを特徴とする請求項１５記載の画像圧縮方法。
  17. 【請求項１７】 ピクチャ離散コサイン変換DCT符号化
    モード又はフレーム離散コサイン変換DCT符号化モード
    が局部的動き量の関数として選択され、選択された離散
    コサイン変換DCT符号化モードは上記局部的動き量が小
    さい方の符号化モードに対応し、 上記局部的動き量が一致する場合に、フレームエネルギ
    ーパラメータとピクチャエネルギーパラメータが比較さ
    れ、小さい方のエネルギーパラメータMBdfdに対応した
    符号化モードが選択されることを特徴とする請求項９乃
    至１６のうちいずれか一項記載の画像圧縮方法。
  18. 【請求項１８】 ピクチャ離散コサイン変換DCT符号化
    モードは上記パラメータMBdfdが一致する場合に選択さ
    れることを特徴とする請求項１７記載の画像圧縮方法。
  19. 【請求項１９】 上記値valは、省略されたマクロブロ
    ックを符号化すべき確率が高い場合に、すなわち、Ｐタ
    イプのピクチャに対し、補償無しの符号化モードにある
    か、若しくは、Ｂタイプのピクチャに対し、動きベクト
    ルが最後に符号化されたマクロブロックによって使用さ
    れた動きベクトルと一致する場合に、所定の値によって
    下限が定められることを特徴とする請求項１２記載の画
    像圧縮方法。
  20. 【請求項２０】 MB_src(i,j)がマクロブロックMB内の
    画素(i,j)のルミナンスに対応するとき、項Hdr_MBは、
    ソースマクロブロックの平均動き量、すなわち、 【数４】 と、ソースマクロブロックの平均値、すなわち、 【数５】 とが所定の閾値に満たない場合に、双方向予測モードを
    優先するよう値valに関する式に従って重み付けされる
    ことを特徴とする請求項１２記載の画像圧縮方法。
  21. 【請求項２１】 重み付けは、上記ソースマクロブロッ
    クの平均値に比例し、該ソースマクロブロックの平均動
    き量に反比例することを特徴とする請求項２０記載の画
    像圧縮方法。
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