JP2003530036A - ウェーブレット変換を使用したビデオ符号化方法 - Google Patents

ウェーブレット変換を使用したビデオ符号化方法

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JP2003530036A JP2001573799A JP2001573799A JP2003530036A JP 2003530036 A JP2003530036 A JP 2003530036A JP 2001573799 A JP2001573799 A JP 2001573799A JP 2001573799 A JP2001573799 A JP 2001573799A JP 2003530036 A JP2003530036 A JP 2003530036A
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coefficients
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、ウェーブレット変換により分解されたフレームに分割されるビデオ系列を圧縮するための符号化方法に関する。本方法は、「階層的ツリーにおけるセット区分」（ＳＰＩＨＴ）と呼ばれる階層的サブバンド符号化プロセスに基づき、ビデオ系列の画素のオリジナルセットからバイナリ表現で符号化されたウェーブレット変換係数を導出する。これらの係数はツリーに編成され、意味のないセットのリスト（ＬＩＳ）、意味のない画素のリスト（ＬＩＰ）及び重要な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ばれる順序付けられた３つのリストへの分類を導出する大きさ検定により、重要性のレベルにそれぞれ対応する区分セットに順序付けされる。本発明によれば、ＬＩＳの特別な初期化順序が提案される。さらに、最も低い解像度から最も高い解像度へと、ウェーブレット分解の階層的なピラミッドにおける関係を定義する指向ツリーが調べられる。この時、近傍画素は集められて、詳細の指向が考慮されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、ウェーブレット変換の分解レベルに対応する所与の連続する解像度
レベルの数を導出する該変換により分解される複数のフレーム又は複数のフレー
ムのグループに分割されるビデオ系列を圧縮するための符号化方法に関する。 本符号化方法は、「階層的ツリーにおけるセット区分（set partitioning in h ierarchical trees）」（ＳＰＩＨＴ）と呼ばれる階層的サブバンド符号化プロ
セスに基づいており、ビデオ系列の画素のオリジナルセットからバイナリ表現で
符号化されたウェーブレット変換係数を導出するものである。 この係数はツリーにおいて編成され、それぞれの重要性のレベルに対応する区
分セットに順序付けられる。該セットは、意味のないセットのリスト（ＬＩＳ）
、意味のない画素のリスト（ＬＩＰ）及び重要な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ば
れる３つの順序付けられたリストにおいて重要な情報の分類を導出する大きさ検
定により定義される。該検定は、それぞれの重要な係数がかかるバイナリ表現内
で符号化されるまで継続する分割プロセスに従い、画素のオリジナルセットを区
分セットに分割するために実行される。
【０００２】 ［発明の背景］ 古典的なビデオ圧縮スキームは、４つの主なモジュール：動き予測及び補償、
係数における変換（たとえば、離散コサイン変換又はウェーブレット変換）、量
子化及び係数符号化、並びにエントロピー符号化、を備えているものと考えられ
る場合がある。ビデオエンコーダがよりスケーラブルでなければならない時、こ
れは、レートに伴いビデオの品質を向上して、低ビットレートから高ビットレー
トまで画像を符号化することができなければならないことを意味する。画像の階
層表現をありのままに提供することにより、従来の離散コサイン変換（ＤＣＴ）
よりも、ウェーブレット分解による変換がスケーラブルスキームに対してより適
合するように思われる。
【０００３】 ウェーブレット分解により、オリジナルな入力信号はサブバンド信号のセット
により記述することができる。それぞれのサブバンドは、所与の解像度レベルで
、及び特に高周波レンジにおいて実際には原信号を表している。相関のないサブ
バンドへのこの分解は、１次元のフィルタバンクのセットにより実現される。該
フィルタバンクは、はじめに現在の画像のラインに対して、次いで結果的に得ら
れるフィルタリングされた画像の列に対して適用される。
【０００４】 かかる実現の例は、S.S.Gohによる“Displacement in Wavelet decomposition
of images” Signal Processing ,vol.44,no1,June 1995,pp27-38に記載されて
いる。一方が低域通過であり他方が高域通過である実際には２つのフィルタが使
用され、画像の低周波及び高周波成分が分離される。この処理は、はじめにライ
ンに関して実行され、要素２によるサブサンプリング処理が続き、次いでサブサ
ンプルされた画像の列に関して実行される。
【０００５】 したがって、原画像の４分の１である４つの画像：関連する原画像の最初の内
容の主要部分を含み、原画像の近似を表す低周波サブ画像（又は「平滑化画像」
）、及び原画像の水平、垂直及び直交の詳細のみを含む３つの高周波サブ画像が
得られる。この分解プロセスは、最後に平滑化された画像から導出される有効な
情報がこれ以上ないことが明らかとなるまで継続される。
【０００６】 ２次元（２Ｄ）ウェーブレット分解を使用した、画像圧縮のための簡単なコン
ピュータを使用した技術は、A.Said及びW.A.Pearlmanによる“A new, fast, and
efficient image codec based on set partitioning in hierarchical trees (
=SPIHT)” IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology
, vol.6, no3, June 1996, pp.243-250に記載されている。かかる論文において
説明されているように、原画像は画素値ｐ(ｘ，ｙ)のセットにより定義されるも
のと仮定されている。ここで、ｘ及びｙは画素座標であり、以下の公式（１）に
より表される階層的サブバンド変換により符号化される。 ｃ(ｘ，ｙ)=Ω(ｐ(ｘ，ｙ)) （１） ここで、Ωは変換を表し、それぞれの要素ｃ(ｘ，ｙ)は “画素座標（ｘ，ｙ）
についての変換係数”と呼ばれる。
【０００７】 主要な目的は、最初に転送すべき最も重要な情報を選択することであり、該係
数の大きさに従いこれら変換係数は順序付けされる（より大きな値を有する係数
は、大きな情報の内容を有し、最初に転送されるべきである。すなわち、元も重
要なビットである）。
【０００８】 情報の順序付けがデコーダに明確に転送されている場合、画素座標の比較的小
さな部分が転送されるとすぐに、良好な品質を有する画像を再現することができ
る。情報の順序付けが明確に転送されていない場合、その分岐点に関する比較の
結果により符号化アルゴリズムの実行パスが定義されていること、及び同じソー
トアルゴリズムを有するデコーダが、大きさの比較の結果を受けた場合にエンコ
ーダの該実行パスを複製することができること、が仮定される。次いで、この順
序付け情報は、実行パスから再現される。
【０００９】 かかるソートアルゴリズムにおける１つの重要な事実は、すべての係数をソー
トすることは必要ではないが、それぞれのパスにおいてｎが減少されて２ｎ≦｜
ｃx,y｜＜２ｎ＋１のような係数のみをソートすることが必要である。ｎが与え
られ、｜ｃx,y｜≧２ｎ（ｎは重要性のレベルと呼ばれる）である場合、係数は
重要であると言われる。また、｜ｃx,y｜≧２ｎでない場合、係数は意味がない
と言われる。ソートアルゴリズムは、画素を区分サブセットＴmに分割して、大
きさ検定（２）を実行する。
【００１０】
【数１】 デコーダが“ｎｏ”を受けた場合（関連するサブセット全体は意味がない）、デ
コーダは、このサブセットＴmにおける全ての係数は意味がないと判断する。答
えが“ｙｅｓ”の場合（サブセットは重要である）、エンコーダ及びデコーダに
より占有される予め決定されたルールが使用され、Ｔmを新たなサブセットＴm,l に区分する。この重要性の検定は、これら新たなサブセットに対してさらに適用
される。
【００１１】 このセット分割プロセスは、それぞれの重要な係数を識別してバイナリ表現で
該係数を符号化することを可能にするために、大きさ検定が１つの座標の重要性
のサブセットの全てに対して行われるまで継続される。
【００１２】 転送される大きさの比較（すなわち、メッセージビットから構成される）の数
を低減するために、サブバンドピラミッドにより定義される階層における期待さ
れる順序付けを使用するセット区分ルールが定義される場合がある。目的は、意
味がないと期待されるサブセットが多数の要素を含み、重要であると期待される
サブセットが唯一の要素を含むように、新たな区分を作成することである。大き
さの比較とメッセージビットの関係を明確にするために、以下の関数が使用され
、座標Ｔのサブセットの重要性が示される。
【００１３】
【数２】 さらに、サブバンド間には空間的な自己相似があることが確認されている。同
じ空間指向性に従いピラミッドにおいて下に移動する場合、係数はより大きさの
順序になると期待される。たとえば、低い活性度領域がピラミッドの最も高いレ
ベルにおいて識別されることが期待される場合、より高い解像度を有するが同じ
空間指向性でより低いレベルにおいて繰り返される。
【００１４】 空間指向ツリーと呼ばれるツリー構造は、ウェーブレット分解の階層的サブバ
ンドピラミッドにおける空間関係を自然に定義する。図１は、再帰的な４つのサ
ブバンド分割で構築されるピラミッドにおける空間指向ツリーがどのように定義
されるかを示している。ツリーのそれぞれのノードは、それぞれのノードが、子
（葉）を有さないか又は４つの子を有するようなやり方で、同じ空間指向性の画
素に対応する。この子は、２×２の隣接画素のグループを常に形成する。
【００１５】 図１において、矢印は親ノードからその子に向けられている。ピラミッドの最
も高いレベルにおける画素は、ツリーのルートであり、２×２の隣接画素にグル
ープ分けされる。しかし、それらの子の分岐ルールは異なり、それぞれのグルー
プにおいて、該分岐のうちの１つは子孫を有さない。
【００１６】 以下の座標のセットが使用され、この符号化方法が与えられる。(ｘ，ｙ)は、
係数の位置を表している。 ０(ｘ，ｙ)：ノード(ｘ，ｙ)の全ての子の座標セット。 Ｄ(ｘ，ｙ)：ノード(ｘ，ｙ)の全ての子孫の座標セット。 Ｈ ：全ての空間指向性ツリールートの座標セット（最も高いピラミッド レベルにおけるノード） Ｌ(ｘ，ｙ)：Ｄ(ｘ，ｙ)−０(ｘ，ｙ) サブセットが重要性のために検定される順序は重要であることが確認されてい
る。実際の実現において、重要な情報は、意味のないセットのリスト（ＬＩＳ）
、意味のない画素のリスト（ＬＩＰ）及び重要な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ば
れる３つの順序付けられたリストにおいて記憶されている。
【００１７】 全てのこれらリストにおいて、それぞれのエントリは、ＬＩＰ及びＬＳＰにお
いて個々の画素を表し、ＬＩＳにおいてセットＤ(ｘ，ｙ)又はＬ(ｘ，ｙ)のいず
れかを表す座標(ｘ，ｙ)により識別される（これらリスト間で区別するため、Ｄ
(ｘ，ｙ)を表す場合にＬＩＳエントリはタイプＡと呼ばれる場合があり、Ｌ（ｘ
，ｙ）を表す場合にタイプＢと呼ばれる場合がある）。ＳＰＩＨＴアルゴリズム
は、実際にこの３つのリストＬＩＳ、ＬＩＰ及びＬＳＰの操作に基づいている。
【００１８】 エントロピー符号化モジュールについて、算術的な符号化技術は、以下の理由
により、ハフマン符号化よりもビデオ圧縮においてより効果的である。取得され
る符号長は最適長に近い。この方法は適応モデルに特に適している（ソースの統
計量が早々に予測される）。この方法を２つの独立したモジュールに分割するこ
とができる（一方はモデリング、他方は符号化）。以下の記述は、主にモデリン
グに関し、あるソース−ストリング事象及びその文脈の決定、及び関連する統計
量を予測するための方法を含んでいる。
【００１９】 文脈は、ソースストリングの全体のセットの冗長度を捕捉することが意図され
ている。オリジナルのビデオ系列では、ある画素の値は、その周囲の画素の値に
実際に依存する。ウェーブレット分解の後、「地理学上の」相互依存性の同じ特
性は、それぞれのサブバンドにおいて保持される。
【００２０】 これらの依存性が保持される順序で係数が送出される場合、たとえばM.J.Wein
berger等による論文“A Universal finite memory source” IEEE Transaction
on Information Theory, vol.41, no3, May1995,pp643-652において記載される
ように、境界付けられたメモリツリーソースの不変の符号化の骨組みにおける「
地理的な」情報を利用することができる。
【００２１】 有限のメモリツリーソースは、次のシンボルの確率が最近のシンボルの実際の
値に依存するという特性を有している。有限のメモリツリーソースについてのバ
イナリ系列の一般的な情報源符号化手順は、それぞれのストリング（文脈）につ
いて考慮された文脈の場合に０及び１の発生回数を含む文脈ツリーを使用するこ
とがある。このツリーにより、前のｄビットが与えられた場合にシンボルの確率
を予測することができる。
【００２２】
【数３】 ｘN-1・・・ｘN-dは、文脈、すなわちｄビット前の系列を表している。この予測は
、条件付き事象の数が文脈が希薄になる問題又はモデル費用のために増加する時
、困難な作業となる。
【００２３】 この問題を解決するための１つの方法は、文脈ツリー重み付け方法である。こ
れは、F.M.J等による“The context-tree weighting method: basic properties
”,IEEE Transaction on Information Theory, vol41, no3, May1995, pp653-66
4において詳細に記されている。この方法の原理は、検査ビットについての最も
効果的な文脈を使用して重み付け確率を予測することである。
【００２４】 実際に、より短い文脈を使用してビットを符号化することがよいことがある（
文脈の最終ビットが現在のビットに影響を有さない場合、最終ビットは考慮され
ない）。この技術は、最終符号の長さを低減する。効果的なモデル及び文脈の決
定は、算術符号化における重要な段階である。
【００２５】 ２次元ＳＰＩＨＴアルゴリズムは、異なる解像度での同じ画像領域に対応する
画素セットを、「重要性のレベル」と呼ばれる前の値に比較することからなり、
自然画像において固有な自己類似を調べることにより、ウェーブレット分解のス
ケールにわたって重要な情報がないことの予測、というキーとなる概念に基づい
ている。このことは、ウェーブレット分解の最も低いスケールで係数が意味がな
い場合、他のスケールで同じ領域に対応する係数もまた意味がない大きな機会を
有する。残念ながら、ＳＰＩＨＴアルゴリズムは、サブバンド間の冗長度を調べ
るものであるが、それぞれのサブバンド内部にある近傍画素間の依存性を「破壊
」してしまう。
【００２６】 ［発明の概要］ したがって、本発明の第１の目的は、同じサブバンドの画素間の近傍関係を再
確立するために、ＳＰＩＨＴアルゴリズムにおける走査順序を改善することにあ
る。
【００２７】 上記目的を達成するために、本発明は、連続するフレームを含むビデオ系列を
圧縮するための符号化方法に関する。 それぞれのフレームは、２次元ウェーブレット変換の分解レベルに対応する所
与の連続する解像度レベル数を導出する２次元ウェーブレット変換により分解さ
れる。この符号化方法は、「階層的ツリーにおけるセット区分」（ＳＰＩＨＴ）
と呼ばれる階層的サブバンド符号化プロセスに基づいており、ビデオ系列の画素
のオリジナルセットからビデオバイナリ形式で符号化されたウェーブレット変換
係数を導出する。 上記係数は、低周波数に根付いた空間指向ツリー、又は空間近似サブバンドに
編成され、高周波サブバンドにおける子により完成される。上記ツリーの係数は
、それぞれの重要性のレベルに対応する区分セットにさらに順序付けられ、意味
のないセットのリスト（ＬＩＳ）、意味のない画素のリスト（ＬＩＰ）及び重要
な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ばれる３つの順序付けられたリストにおいて重要
な情報の分類を導出する大きさ検定により定義される。 上記検定は、それぞれの重要な係数がバイナリ表現内で符号化されるまで継続
する分割プロセスに従い、画素のオリジナルセットを区分セットに分割するため
に実行される。本方法は、該方法が以下のステップを備える点で更に特徴付けら
れる。 （Ａ）初期化ステップ：それぞれの画素は、０からサイズｘ及び０からサイズ
ｙにそれぞれ変化する座標（ｘ，ｙ）を有している。次いでリストＬＩＳは、座
標ｘ＝０（法２）及びｙ＝０（法２）を有する係数を除いて空間近似サブバンド
の係数で初期化され、ＬＩＳの初期化順序は以下に示される。 （ａ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
ｙ＝０（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｂ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
ｙ＝１（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｃ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及び
ｙ＝１（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 （Ｂ）調査ステップ：ウェーブレット分解の階層的サブバンドピラミッドにお
ける空間関係を定義する空間指向ツリーは、近傍画素を集めて詳細の指向性を考
慮して、最も低い解像度レベルから最も高い解像度レベルまでを調べる。子の係
数の上記調査は、水平及び対角詳細サブバンドの場合において４つの子のグルー
プ及び水平方向における次のグループへの該グループの経過について図７に、４
つの子のグループ及び垂直方向における次のグループへの該グループの経過につ
いて図８に、最も低い解像度レベル及びより良好な解像度レベルについて図９及
び図１０のそれぞれにおいて示される子の係数のジグザグ走査順序により実現さ
れる。
【００２８】 本発明の別の目的は、３次元ＳＰＩＨＴアルゴリズムの場合において同じ原理
を実現することにある。
【００２９】 上記目的を達成するために、本発明は、連続するフレームのグループを含むビ
デオ系列を圧縮するための符号化方法に関する。 それぞれのフレームのグループは、３次元ウェーブレット変換の分解レベルに
対応する所与の連続する解像度レベルの数を導出する３次元ウェーブレット変換
により分解される。この符号化方法は、「階層的ツリーにおけるセット区分」（
ＳＰＩＨＴ）と呼ばれる階層的サブバンド符号化プロセスに基づいており、ビデ
オ系列の画素のオリジナルセットからビデオバイナリ形式で符号化されたウェー
ブレット変換係数を導出する。 上記係数は、低周波数に根付いた空間−時間指向ツリー、又は空間−時間近似
サブバンドに編成され、高周波サブバンドにおける子により完成される。上記ツ
リーの係数は、それぞれの重要性のレベルに対応する区分セットにさらに順序付
けられ、意味のないセットのリスト（ＬＩＳ）、意味のない画素のリスト（ＬＩ
Ｐ）及び重要な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ばれる３つの順序付けられたリスト
において重要な情報の分類を導出する大きさ検定により定義される。 上記検定は、それぞれの重要な係数が前記バイナリ表現内で符号化されるまで
継続する分割プロセスに従い、画素のオリジナルセットを区分セットに分割する
ために実行される。本方法は、該方法が以下のステップを備える点で更に特徴付
けられる、 （Ａ）初期化ステップ：３次元ウェーブレット変換から生じる空間−時間近似
サブバンドは、ｚ＝０及びｚ＝１により索引付けされた時間近似サブバンドにお
ける２つのフレームの空間近似サブバンドを含んでいる。それぞれの画素は、ｘ
及びｙについて０からサイズｘ及び０からサイズｙにそれぞれ変化する座標（ｘ
，ｙ，ｚ）を有している。次いで、リストＬＩＳは、ｚ＝０（法２）、ｘ＝０（
法２）及びｙ＝０（法２）の形式の座標を有する係数を除いて、空間−時間近似
サブバンドの係数で初期化される。ＬＩＳの初期化順序は以下に示される。 （ａ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及び
ｙ＝０（法２）及びｚ＝１を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｂ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
ｙ＝０（法２）及びｚ＝０を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｃ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
ｙ＝１（法２）及びｚ＝０を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｄ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及び
ｙ＝１（法２）及びｚ＝０を確証する全ての画素をリストに載せる。 （Ｂ）調査ステップ：ウェーブレット分解の階層的サブバンドピラミッドにお
ける空間−時間の関係を定義する空間−時間指向ツリーは、近傍画素を集めて詳
細の指向性を考慮して最も低い解像度レベルから最も高い解像度レベルまでを調
べる。子の係数の上記調査は、水平及び対角詳細サブバンドの場合において４つ
の子のグループ及び水平方向における次のグループへの該グループの経過につい
て図７に、４つの子のグループ及び垂直方向における次のグループへの該グルー
プの経過について図８に、最も低い解像度レベル及びより良好な解像度レベルに
ついて図９及び図１０のそれぞれにおいて示される子の係数の走査順序により実
現される。
【００３０】 ＬＩＳの初期化は、アルゴリズムの発展における重要な役割を果たす。このリ
ストの特別な編成、子係数の特定の走査及びオリジナルアルゴリズムの僅かな偏
光により、画素近傍を集めて詳細の指向性を考慮しつつ、ツリーを徹底的に調べ
ることができる。
【００３１】 ［発明の実施の形態］ 本発明は、添付図面を参照して、より詳細に説明される。
【００３２】 ＳＰＩＨＴアルゴリズムに算術符号化を有効に挿入する主要な挑戦は、文脈に
おける地理的な近傍を保持することであることがわかる。ＬＩＳの初期編成及び
子の特定の読出し順序により、はじめに輝度係数に制限される２次元ＳＰＩＨＴ
アルゴリズムについて、次いで拡張として、色度係数と共に３次元ＳＰＩＨＴア
ルゴリズムの場合において説明されるように、係数の部分的な地理的走査を再確
立することが可能となる。
【００３３】 ２次元ＳＰＩＨＴアルゴリズムは、親‐子依存性を使用して、全ての空間サブ
バンドの画素を走査する。これは、ＬＩＰ（及びＬＩＳにおける係数部分）にお
いてはじめに記憶されているルートサブバンドの係数で開始される。空間的な子
のルートを異なるように順序付けすることにより、互いにより高いサブバンドの
検定のための統一性のある順序を再確立し、詳細の空間指向を考慮することが可
能となる（詳細の指向は、走査の優先された方向を考慮する時に、良好に利用し
てもよい）。
【００３４】 以下の走査を使用して、近似サブバンドの係数（画素は座標(ｘ，ｙ)を有する
。ｘは０からサイズｘまで変化し、ｙは０からサイズｙまで変化する）でＬＩＳ
を初期化することが提案される。
【００３５】 （ａ）サブバンドを水平に走査することにより、ｘ＝１（法２）及びｙ＝０
（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる（この第１のケースは図２に対
応する）。
【００３６】 （ｂ）サブバンドを水平に走査することにより、ｘ＝１（法２）及びｙ＝１
（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる（この第２のケースは図３に対
応する）。
【００３７】 （ｃ）サブバンドを垂直に走査することにより、ｘ＝０（法２）及びｙ＝１
（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。これは図４の第３のケースに
対応する（ｘ＝０（法２）及びｙ＝０（法２）を確証する画素(ｘ，ｙ)は、ＬＩ
Ｓにおいて挿入されていない）。
【００３８】 ＬＩＳのこの編成のおかげで、２次元ＳＰＩＨＴアルゴリズムは、以下に示さ
れる詳細の検定の前述された順序でサブバンドを走査する。図５において例示さ
れているように（Ｒ＝ルート、Ｄ＝詳細）、最も低い解像度から最も高い解像度
まで、水平詳細を含んでいるサブバンドが最初に読まれ、次いで対角詳細を含ん
でいるサブバンドが読まれ（順序はあまり重要でない）、最後に垂直詳細を含ん
でいるサブバンドが読まれる。
【００３９】 本発明による技術的な解決は、３次元のケースに拡張されてもよい。たとえば
B.J.Kim及びW.A.Pearlman等による“An embedded wavelet video coder using t
hree-dimensional set partitioning in hierarchical trees(SPIHT)” Proceed
ing of DCC’97, March25-27, 1997, Snowbird, Utah, USA, pp.251-260に記載
されているような３次元ＳＰＩＨＴアルゴリズムは、前述した２次元のものと異
なっていない。
【００４０】 ３次元ウェーブレット分解は、フレームのグループ（ＧＯＦ）について実行さ
れる。時間的な方向に従い、動き補償及び時間的なフィルタリングが実現される
。空間セット（２次元）の代わりに、３次元の空間−時間セットを有し、同じ空
間−時間指向を有して親−子の関係により関連付けられている係数を定義するこ
とができる。
【００４１】 これらのリンクは、図６における３次元のケースにおいて例示されている。ツ
リーのルートは、最も低い解像度での近似サブバンド（「ルート」サブバンド）
の画素により形成されている。３次元ＳＰＩＨＴアルゴリズムでは、葉でない全
てのサブバンドにおいて、それぞれの画素は、８つの子の画素を有しており、相
互に、それぞれの画素は唯一の親を有している。このルールでは１つの例外があ
る。ルートのケースにおいて、８つの画素うちの１つの画素は子を有していない
。
【００４２】 ２次元のケースにおけるように、空間−時間指向ツリーは、階層的なウェーブ
レット分解において空間−時間関係を自然に定義する。以下の座標のセットが使
用される。 ０(ｘ，ｙ，ｚ 色度)：ノード(ｘ，y，ｚ，色度)の全ての子の座標のセット Ｄ(ｘ，ｙ，ｚ 色度)：ノード(ｘ，y，ｚ，色度)の全ての子孫の座標のセット Ｈ(ｘ，ｙ，ｚ 色度)：全ての空間−時間指向ツリールート(最も高いピラミッ ドレベルにおけるノード) Ｌ(ｘ，ｙ，ｚ 色度)：Ｄ(ｘ，ｙ，ｚ 色度)−０(ｘ，ｙ，ｚ 色度) ここで、(ｘ，ｙ，ｚ)は係数の位置を表し、「色度」はＹ，Ｕ及びＶについて表
している。
【００４３】 ３つの順序付けされたリスト：ＬＩＳ（意味のないセットのリスト）、ＬＩＰ
（意味のない画素のリスト）及びＬＳＰ（重要な画素のリスト）がある。全ての
これらのリストにおいて、それぞれのリストは、ＬＩＰ及びＬＳＰでは個々の画
素を表し、ＬＩＳではＤ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)又はＬ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)セットの
うちの１つを表す座標(ｘ，ｙ，ｚ，色度)により識別される。
【００４４】 これらリスト間で区別するために、Ｄ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)を表す場合にＬＩＳ
エントリはタイプＡであり、Ｌ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)を表す場合にＬＩＳエントリ
はタイプＢである。２次元のケースにおいて上述されたように、アルゴリズム３
次元ＳＰＩＨＴは、これら３つのリストＬＩＳ，ＬＩＰ及びＬＳＰの操作に基づ
いている。
【００４５】 本発明による解決の３次元の拡張は、時間軸上に関する特別な初期化を要せず
に行われる。時間的な近似サブバンドは、ｚ＝０及びｚ＝１により索引づけられ
た２つのフレームを有しており、提案される初期化の順序は以下である。 （ａ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及びｙ
＝０（法２）及びｚ＝１（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｂ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及びｙ
＝０（法２）及びｚ＝０（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｃ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及びｙ
＝１（法２）及びｚ＝０（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 （ｄ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及びｙ
＝１（法２）及びｚ＝０（法２）を確証する全ての画素をリストに載せる。 走査順序は、ケース（ｄ）において垂直であり、他のケースにおいて水平である
。
【００４６】 本方法の第２の主要な態様は、異なる順序の子の係数の検定からなる。一般的
なルールは、走査順序の検定は、それぞれのサブバンドにおける詳細の指向に従
うことである。これにより、１又は０の大きなランを有する可能性が増加し、算
術的なエンコーダにより容易に圧縮することができる。
【００４７】 それぞれの解像度レベルで、４つの子の係数からなる２つのグループ（又は図
におけるＧＯＣにより指定される子供のグループ）は、図７において示されるよ
うに水平及び対角の詳細サブバンドについて走査され、図８において示されるよ
うに垂直の詳細サブバンドについて走査される。画素は、４つのグループにより
走査され、あるグループから他のグループへの経過が図６において例示されてい
る（この経過について、それぞれのサブバンドにおける詳細の指向は再び続く（
点１，２，３参照））。
【００４８】 より良好な解像度レベルについて、走査順序は、「地理的な」近接を重視して
おり、すなわち、できる限りあるラインから他のラインへのジャンプは許されな
い。代わりに、図１０において提案される走査順序が実現される。４つの画素の
グループについての走査順序は以前と同じである。あるグループから他のグルー
プへの経過は、図１０、及び図６におけるグループレベル（点４，５，６）で例
示されている。
【００４９】 なお、記載された符号化方法に関して、本発明の範囲を逸脱することなく変更
又は改良を行ってもよい。たとえば、配線された電子回路により、又は代替的に
電子的、磁気的又は光学的にコンピュータ読み取り可能な媒体、更にはいずれか
他のメモリに記憶される命令のセットにより、本符号化方法を実現することがで
きる。上記命令は、上記回路の少なくとも１部を置き換えるものであり、かかる
置き換えられる回路において達成されるのと同じ機能を実行するために、適切な
コンピュータ、デジタルプロセッサ、中央処理ユニット、特定用途向け集積回路
又はいずれか他のタイプのプロセッサの制御下で実行可能である。
【００５０】 また、本発明は、かかるコンピュータ読み取り可能な媒体に関する。この媒体
は、上述した方法のステップ、又は幾つかのステップを実行するためのコンピュ
ータ実行可能な命令を含むソフトウェアモジュールを備えている。
【００５１】 本符号化アルゴリズム、及び上記引用した論文“A new, fast, and efficient image codec…”において記載された関連するソフトウェアに関して、本発明に
よるアルゴリズム方法は、たとえば３次元のケースにおいて以下のようなもので
ある。 ［１．初期化］ 予め定義された順序に従い、ｎ＝[log2(max(x,y,z,色度){|Cx,y,z,色度|})]を出
力し、空のリストとしてＬＳＰを設定し、座標(ｘ，ｙ，ｚ，色度)∈HをＬＩＰ
に加える。子孫を有する座標をのみをタイプＡのエントリとしてＬＩＳに加える
。 ［２．ソートパス］ 2.1 ＬＩＰにおけるそれぞれのエントリ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)について実行。 2.1.1 ビット＝Ｓn(ｘ，ｙ，ｚ，色度) を出力。 2.1.2 ビット＝１の場合、 (ｘ，ｙ，ｚ，色度)をＬＳＰに移動し、ビット＝sign(ｘ，ｙ，ｚ，色
度）を出力。 2.2 ＬＩＳにおけるそれぞれのエントリ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)について実行。 2.2.1 エントリがタイプＡである場合、 ビット＝Ｓn(Ｄ(ｘ，ｙ，ｚ，色度))を出力。 ビット＝１の場合、 ａ）(ｘ’，ｙ’，ｚ’，色度)∈０(ｘ，ｙ，ｚ，色度)について実行。 ビット＝Ｓn(ｘ’，ｙ’，ｚ’，色度) を出力。 ビット＝１の場合、 (ｘ’，ｙ’，ｚ’，色度)をＬＳＰの終わりに移動し、ビット＝sign(
ｘ’，ｙ’，ｚ’，色度)を出力。 さもなければ、 (ｘ’，ｙ’，ｚ’，色度)をＬＳＰの終わりに移動。 ｂ）Ｌ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)≠０の場合、 (ｘ，ｙ，ｚ，色度)をタイプＢのエントリとしてＬＩＳの終わりに移 動し、ステップ2.2.2に進む。 さもなければ、エントリ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)をＬＩＳから除く。 エントリがタイプＢである場合、Ｓn(Ｌ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)を出力。 ビット＝１である場合、 ａ）それぞれの(ｘ’，ｙ’，ｚ’，色度)∈０(ｘ，ｙ，ｚ，色度)をタ
イプＡのエントリとしてＬＩＳの終わりに追加する。 ｂ）(ｘ，ｙ，ｚ，色度)をＬＩＳから除く。 ［３．リファインメントパス］ ＬＳＰにおけるそれぞれのエントリ(ｘ，ｙ，ｚ，色度)について、最後のソー
トパス（すなわち、同じｎを有する）に含まれるエントリを除いて、Ｃ(x,y,z,
色度)のｎ番目の最も重要なビットを出力する。 ［４．量子化ステップ更新：１だけデクリメントしてステップ２に進む］
【図面の簡単な説明】
【図１】 ２次元の場合での空間指向ツリーにおける親−子の依存性を例示する図である
。
【図２】 水平の詳細なサブバンドにおいて子を有するルートサブバンド係数の提案され
る走査順序を示す図である。
【図３】 対角の詳細なサブバンドにおいて子を有するルートサブバンド係数の提案され
る走査順序を示す図である。
【図４】 垂直の詳細なサブバンドにおいて子を有するルートサブバンド係数の提案され
る走査順序を示す図である。
【図５】 詳細なサブバンドにおける編成及び指向された走査を示す図である。
【図６】 空間−時間指向ツリー（３次元ＳＰＩＨＴ）における親−子の依存性を例示す
る図である。
【図７】 ４つの子のグループ、及び水平方向におけるあるグループから次のグループへ
の経過について、提案される走査順序を記述する図である（水平又は対角方向を
有する詳細を含むサブバンド）。
【図８】 ４つの子のグループ、及び垂直方向におけるあるグループから次のグループへ
の経過について、提案される走査順序を記述する図である（垂直方向を有する詳
細を含むサブバンド）。
【図９】 最も低い解像度サブバンドの係数について走査の順序を示す図である。
【図１０】 水平指向の詳細を有するサブバンドについて２つの解像度レベルにわたる走査
順序を例示する図である（画素の近接を表すことにより、画素のあるグループか
ら他のグループへの経過に対して特別な注意が与えられている）。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペスケ−ポペスク，ベアトリス オランダ国，5656 アーアー アインドー フェン，プロフ・ホルストラーン ６ Ｆターム(参考） 5C059 LA02 MA24 MA33 MC02 MC30 ME11 PP16 RE07 SS06 SS20 SS26 TA42 TB04 TC04 UA02 5J064 AA00 BA09 BA10 BA16 BC01 BC02 BC14 BD04

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 連続するフレームを含むビデオ系列を圧縮するための符号化
    方法であって、 それぞれのフレームは、２次元ウェーブレット変換の分解レベルに対応する所
    与の連続する解像度レベル数を導出する２次元ウェーブレット変換により分解さ
    れ、前記符号化方法は、「階層的ツリーにおけるセット区分」（ＳＰＩＨＴ）と
    呼ばれる階層的サブバンド符号化プロセスに基づいており、前記ビデオ系列の画
    素のオリジナルセットからビデオバイナリ形式で符号化されたウェーブレット変
    換係数を導出し、前記係数は、低周波数に根付いた空間指向ツリー、又は空間近
    似サブバンドに編成され、高周波サブバンドにおける子により完成され、前記ツ
    リーの係数は、それぞれの重要性のレベルに対応する区分セットにさらに順序付
    けられ、意味のないセットのリスト（ＬＩＳ）、意味のない画素のリスト（ＬＩ
    Ｐ）及び重要な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ばれる３つの順序付けられたリスト
    において重要な情報の分類を導出する大きさ検定により定義され、前記検定は、
    それぞれの重要な係数が前記バイナリ表現内で符号化されるまで継続する分割プ
    ロセスに従い、前記画素のオリジナルセットを前記区分セットに分割するために
    実行され、前記方法は、 （Ａ）それぞれの画素は、０からサイズｘ及び０からサイズｙにそれぞれ変化
    する座標（ｘ，ｙ）を有し、次いで前記リストＬＩＳは、座標ｘ＝０（法２）及
    びｙ＝０（法２）を有する係数を除いて前記空間近似サブバンドの係数で初期化
    される初期化ステップと、 前記ＬＩＳの初期化順序は、 （ａ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
    ｙ＝０（法２）を確証する全ての画素をリストに載せ、 （ｂ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
    ｙ＝１（法２）を確証する全ての画素をリストに載せ、 （ｃ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及び
    ｙ＝１（法２）を確証する全ての画素をリストに載せ、 （Ｂ）前記ウェーブレット分解の階層的サブバンドピラミッドにおける空間関
    係を定義する空間指向ツリーは、近傍画素を集めて詳細の指向性を考慮して最も
    低い解像度レベルから最も高い解像度レベルまでを調べ、子の係数の前記調査は
    、水平及び対角詳細サブバンドの場合において４つの子のグループ及び水平方向
    における次のグループへの該グループの経過について図７に、４つの子のグルー
    プ及び垂直方向における次のグループへの該グループの経過について図８に、最
    も低い解像度レベル及びより良好な解像度レベルについて図９及び図１０のそれ
    ぞれにおいて示される子の係数のジグザグ走査順序により実現される調査ステッ
    プと、を備える点で更に特徴付けられる符号化方法。
  2. 【請求項２】 連続するフレームのグループを含むビデオ系列を圧縮するた
    めの符号化方法であって、 それぞれのフレームのグループは、３次元ウェーブレット変換の分解レベルに
    対応する所与の連続する解像度レベルの数を導出する３次元ウェーブレット変換
    により分解され、前記符号化方法は、「階層的ツリーにおけるセット区分」（Ｓ
    ＰＩＨＴ）と呼ばれる階層的サブバンド符号化プロセスに基づいており、前記ビ
    デオ系列の画素のオリジナルセットからビデオバイナリ形式で符号化されたウェ
    ーブレット変換係数を導出し、前記係数は、低周波数に根付いた空間−時間指向
    ツリー、又は空間−時間近似サブバンドに編成され、高周波サブバンドにおける
    子により完成され、前記ツリーの係数は、それぞれの重要性のレベルに対応する
    区分セットにさらに順序付けられ、意味のないセットのリスト（ＬＩＳ）、意味
    のない画素のリスト（ＬＩＰ）及び重要な画素のリスト（ＬＳＰ）と呼ばれる３
    つの順序付けられたリストにおいて重要な情報の分類を導出する大きさ検定によ
    り定義され、前記検定は、それぞれの重要な係数が前記バイナリ表現内で符号化
    されるまで継続する分割プロセスに従い、前記画素のオリジナルセットを前記区
    分セットに分割するために実行され、前記方法は、 （Ａ）前記３次元ウェーブレット変換から生じる前記空間−時間近似サブバン
    ドは、ｚ＝０及びｚ＝１により索引付けされた時間近似サブバンドにおける２つ
    のフレームの空間近似サブバンドを含み、それぞれの画素は、ｘ及びｙについて
    ０からサイズｘ及び０からサイズｙにそれぞれ変化する座標（ｘ，ｙ，ｚ）を有
    し、次いで前記リストＬＩＳは、ｚ＝０（法２）、ｘ＝０（法２）及びｙ＝０（
    法２）の形式の座標を有する係数を除いて、前記空間−時間近似サブバンドの係
    数で初期化される初期化ステップと、 前記ＬＩＳの初期化順序は、 （ａ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及び
    ｙ＝０（法２）及びｚ＝１を確証する全ての画素をリストに載せ、 （ｂ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
    ｙ＝０（法２）及びｚ＝０を確証する全ての画素をリストに載せ、 （ｃ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝１（法２）及び
    ｙ＝１（法２）及びｚ＝０を確証する全ての画素をリストに載せ、 （ｄ）輝度成分Ｙ、次いで色度成分Ｕ及びＹについて、ｘ＝０（法２）及び
    ｙ＝１（法２）及びｚ＝０を確証する全ての画素をリストに載せ、 （Ｂ）前記ウェーブレット分解の階層的サブバンドピラミッドにおける空間−
    時間の関係を定義する空間−時間指向ツリーは、近傍画素を集めて詳細の指向性
    を考慮して最も低い解像度レベルから最も高い解像度レベルまでを調べ、子の係
    数の前記調査は、水平及び対角詳細サブバンドの場合において４つの子のグルー
    プ及び水平方向における次のグループへの該グループの経過について図７に、４
    つの子のグループ及び垂直方向における次のグループへの該グループの経過につ
    いて図８に、最も低い解像度レベル及びより良好な解像度レベルについて図９及
    び図１０のそれぞれにおいて示される子の係数の走査順序により実現される調査
    ステップと、を備える点で更に特徴付けられる符号化方法。
  3. 【請求項３】 コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶され、請求項１記載
    の符号化方法を実行するために提供される、連続するフレームを含むビデオ系列
    を符号化するために提供されるコンピュータ実行可能な処理ステップ。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の符号化方法を実行するために提供される１つ
    又は複数のソフトウェアプログラムを含むコンピュータ読み取り可能な媒体。
  5. 【請求項５】 コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶され、請求項２記載
    の符号化方法を実行するために提供される、連続するフレームを含むビデオ系列
    を符号化するために提供されるコンピュータ実行可能な処理ステップ。
  6. 【請求項６】 請求項２記載の符号化方法を実行するために提供される１つ
    又は複数のプログラムを含むコンピュータ読み取り可能な媒体。
JP2001573799A 2000-04-04 2001-03-26 ウェーブレット変換を使用したビデオ符号化方法 Pending JP2003530036A (ja)

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