JP2006279272A - 動画像符号化装置およびその符号化制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
孤立したＤＣＴ係数を除去することにより符号化効率を向上させるようにした動画像符号化装置およびその符号化制御方法を提供する。
【解決手段】
量子化値が０となるデッドゾーン以下のＤＣＴ（Discrete Cosine Transform:離散コサイン変換)係数がＮ（ｆ）個以上続いたらデッドゾーンを上げ幅Ｔ（ｆ）分上げる。一方、デッドゾーンを超える係数（量子化値＞０）が現れたらデッドゾーンを初期値に戻す。量子化値が０となるＤＣＴ係数の連続個数Ｎ（ｆ）およびデッドゾーンの上げ幅Ｔ（ｆ）は周波数ｆに応じて変える。このようにしてデッドゾーンを導出し、デッドゾーン以下となるＤＣＴ係数を除去して量子化を行う。
【選択図】 図３

Description

本発明は、離散コサイン変換と量子化を行う手段を有する動画像符号化装置およびその符号化制御方法に係わり、詳しくは、所定値以下（量子化値０となる）の周波数成分の連続個数と、周波数とに基づいてデッドゾーンを導出する動画像符号化装置およびその符号化制御方法に関する。

近年、次世代の動画像符号化方式として、Ｈ．２６４規格が注目を集めている。

このＨ．２６４規格では、従来方式、例えば、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）−２、−４に比べて、圧縮率と画質の面でかなりの（約２倍以上）向上が見込める。

しかし、ＭＰＥＧ−２などの動画像符号化方式では、ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform:離散コサイン変換)係数の量子化幅を周波数に応じて変えるＱマトリックスという技術を採り入れ、符号化画像の画質品質を向上させているが、Ｈ．２６４にはこれに該当する技術がなかった。

従来、このような問題に対処したものとして、非特許文献１に記載されたものが知られている。非特許文献１では、量子化デッドゾーン（この値以下の、ＤＣＴ係数の量子化値を０とする数値群）を周波数に応じて変える技術について言及されており、Ｈ．２６４規格に準拠しながら、ＭＰＥＧ−２などで用いられているＱマトリックスと同様に、符号化画像の主観品質を改善する効果を得ることができる。
蝶野、宮本、"周波数依存デッドゾーン付き量子化によるＡＶＣの画質改善"、（２００４年電子情報通信学会総合大会 Ｄ−１１−５０）

しかしながら、上記非特許文献１に記載されたものでは、量子化デッドゾーンが周波数に応じて固定である。このため、符号化するＤＣＴ係数の性質に合わせて最適な量子化を行うことができず、符号化効率の低下につながる。

図５は、非特許文献１の構成によるデッドゾーンの採り方を示した図である。

この構成によると、量子化デッドゾーンが周波数に応じて固定的に決められている。このため、このデッドゾーンを超えるような広域ＤＣＴ係数があった場合、これが孤立ＤＣＴ係数として残ってしまう。このような孤立したＤＣＴ係数は符号化に多くの符号化ビット数を要するため、符号化効率を低下させる原因となってしまう。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、孤立したＤＣＴ係数を適応的に除去することにより符号化効率を向上させるようにした動画像符号化装置およびその符号化制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、離散コサイン変換と量子化を行う手段を有する動画像符号化装置において、動画像データに対して予測を行った残差信号を離散コサイン変換して周波数成分に変換する変換手段と、前記変換手段で変換された周波数成分と、該周波数成分と対応する周波数とに応じてデッドゾーンを導出するデッドゾーン制御手段と、前記デッドゾーン制御手段で導出されたデッドゾーン以下の前記変換手段で変換された周波数成分を除去して量子化を行う量子化手段とを具備することを特徴とする。

また、請求項４の発明は、離散コサイン変換と量子化を行う手段を有する動画像符号化装置の符号化制御方法において、動画像データに対して予測を行った残差信号を離散コサイン変換して周波数成分に変換手段で変換し、前記変換手段で変換された周波数成分と、該周波数成分と対応する周波数とに応じてデッドゾーンをデッドゾーン制御手段で導出し、前記デッドゾーン制御手段で導出されたデッドゾーン以下の前記変換手段で変換された周波数成分を除去して量子化手段で量子化を行うことを特徴とする。

本発明によれば、動画像データを周波数成分に変換し、該変換された周波数成分と、該周波数成分と対応する周波数とに応じてデッドゾーンを導出し、該導出されたデッドゾーン以下の周波数成分を除去して量子化を行うように構成したため、符号化効率を低下させる要因となる孤立した広域ＤＣＴ係数を除去できるため、符号化効率を向上することができる。そのため、Ｈ．２６４規格においてもＱマトリクス同等の効果を得ることができる。

以下、この発明に係わる動画像符号化装置およびその符号化制御方法の実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明に係わる動画像符号化装置１０の概略構成の一例を示す図である。なお、この動画像符号化装置１０は、Ｈ．２６４／ＡＶＣの規格に基づいて画像データを符号化する。

図１において、入力端子１０１に供給された画像データは、減算器１０２に供給される。減算器１０２は、フレーム間符号化処理が行われているときは、スイッチ１０３からの画像データを、入力画像データから引き算する。減算器１０２の出力データは、ＤＣＴ（離散コサイン変換）及び量子化部１０４において、離散コサイン変換処理及び量子化処理が施される。ＤＣＴ及び量子化部１０４の出力は、エントロピー符号化部（可変長符号化部と称してもよい）１０５で可変長符号化され、ストリームとして出力端子１０６に導出される。

また、ＤＣＴ及び量子化部１０４の出力は、逆量子化及び逆ＤＣＴ部１０７に入力されて、逆変換される。逆変換されたデータは、加算器１０８において、スイッチ１０３からの画像データと加算され、フレーム画像として再現されて、出力される。この加算器１０８の出力は、ＤＣＴ処理および量子化処理のためにブロック化された画像データの、ブロック間で生じる歪を改善するために、デブロッキングフィルタ１０９に入力される。このデブロッキングフィルタ１０９から出力された画像データは、画像メモリ１１０に入力される。

動き補償部１１１は、動きベクトル検出部１１２からの画像動きベクトルに基づいて画像メモリ１１０の符号化画像を読み出し、予測画像のデータを生成する。つまり、画像メモリ１１０に蓄積されている既に符号化された画像が、入力端子１０１の画像に近づくように、動き情報から予測画像を生成する。

動きベクトル検出部１１３は、入力端子１０１の入力画像データを用いて、動画像の動きを示す動きベクトルを検出する。動きベクトルは、データ側でも参照されるので、付帯情報としてエントロピー符号化部１０５に送られ、所定の伝送ユニットのヘッダに挿入される。

動き補償部１１１の出力画像データは、スイッチ１０３を介して、減算器１０２に与えられる。動き補償部１１１の出力画像データは、入力画像データにできるだけ近づくように予測されているために、減算器１０２からの出力は、効率的にデータ量が少なくなる。つまり、このことは圧縮効率が高いということである。

ここで、定期的あるいはシーンチェンジなどがあった場合、画面内圧縮処理が実行される。このときは、画面内予測部１１４において符号化するブロックの周囲の既に符号化された画素から画面内の予測を行い、減算器１０２において入力端子１０１の入力画像データから画面内予測信号を減算し、ＤＣＴ及び量子化部１０４に導かれる。

このように、ＤＣＴ及び量子化部１０４、画面内予測部１１４、スイッチ１０３、減算器１０２で形成されるループにおいて、１フレーム内での画像圧縮処理が実行される。フレーム内で圧縮された画像データ（Ｉ（Ｉｎｔｒａ）スライスとも称される）は、逆量子化及びＤＣＴ部１０７において、逆変換されて、復号され、この復号データがデブロッキングフィルタ１０９にてブロック間の歪が低減され、画像メモリ１１０に格納される。このときの画像データは、フレーム内のみのデータを用いた画像圧縮データであり、複数フレーム分（ピクチャ単位）の動画像を再生するときの基準のデータとなる。

次に、図２を用いて、図１で説明したＤＣＴ及び量子化部１０４の概略構成について説明する。

ＤＣＴ１１は、入力画像データを周波数成分（ＤＣＴ係数）に変換する役割を果たす。具体的には、離散コサイン関数を用いて入力画像データをＤＣＴ係数に変換し、そのＤＣＴ係数をデッドゾーン制御部１２および量子化部１３に出力する。

デッドゾーン制御部１２は、所定値以下のＤＣＴ係数の連続個数と、周波数とに基づいてデッドゾーン（この値以下の、周波数成分の量子化値を０とする数値群）を導出する。なお、上記所定値以下とは、限りなく０に近いＤＣＴ係数のことを指し、量子化値０となるＤＣＴ係数のことを言う。

量子化部１３は、上記ＤＣＴ１１から入力されたＤＣＴ係数にデッドゾーンを用いて量子化を行う。具体的には、ＤＣＴ１１から入力されたＤＣＴ係数から、デッドゾーン制御部１２で導出されたデッドゾーン以下のＤＣＴ係数を除去（量子化値０にする）し一方、デッドゾーンを超えるＤＣＴ係数（量子化値＞０）に対して量子化を行う。

ここで、図３を用いて、デッドゾーン制御部１２および量子化部１３におけるデッドゾーン付き量子化処理の概要について説明する。

デッドゾーン付き量子化処理では、量子化値が０となる限りなく０に近いＤＣＴ係数がＮ（ｆ）個以上続いたらデッドゾーンを上げ幅Ｔ（ｆ）分上げる。一方、デッドゾーンを超える係数（量子化値＞０）が現れたらデッドゾーンを初期値（デフォルト）に戻す。

これにより、孤立したＤＣＴ係数（同図でいうと、除去された係数Ｉ１）の除去が可能になり、符号化効率が向上することとなる。なお、量子化値０のＤＣＴ係数（ゼロ係数）の連続個数Ｎ（ｆ）およびデッドゾーン上げ幅Ｔ（ｆ）は、周波数に応じて設定する。

次に、デッドゾーン制御部１２におけるデッドゾーン導出処理について説明する。

図４は、デッドゾーン導出処理の動作を説明するフローチャートである。

この処理が開始されると、まず、初期設定処理が行われる。具体的には、周波数：ｆおよびゼロ係数個数：ｎに初期値０を設定し、デッドゾーン：ｄｚにデフォルト値ｄｚｉ（ｆ）を設定する（ステップＳ１０１）。

初期設定処理が終了すると、ＤＣＴ係数：Ｃ（ｆ）がデッドゾーン：ｄｚを超えているか否かを判断する（ステップＳ１０２）。この判断により、ＤＣＴ係数：Ｃ（ｆ）がデッドゾーン：ｄｚを超えていると判断された場合には（ステップＳ１０２でＹＥＳ）、ゼロ係数個数：ｎに０を、デッドゾーン：ｄｚにデフォルト値：ｄｚｉ（ｆ）を設定し（ステップＳ１０４）、ステップＳ１０７の処理に移るが、一方、ＤＣＴ係数：Ｃ（ｆ）がデッドゾーン：ｄｚ以下であると判断された場合には（ステップＳ１０２でＮＯ）、ゼロ係数個数：ｎに１加算するとともに（ステップＳ１０３）、続いてゼロ係数個数：ｎがゼロ係数個数閾値：Ｎ（ｆ）を超えたか否かを判断する（ステップＳ１０５）。

この判断により、ゼロ係数個数：ｎがゼロ係数個数閾値：Ｎ（ｆ）を超えたと判断された場合には（ステップＳ１０５でＮＯ）、ステップＳ１０７の処理に移る。一方、ゼロ係数個数：ｎがゼロ係数個数閾値：Ｎ（ｆ）を超えていないと判断された場合には（ステップＳ１０５でＹＥＳ）、デッドゾーン：ｄｚに上げ幅：Ｔ（ｆ）を加算して（ステップＳ１０６）、デッドゾーンを上げる。

このようにして周波数：ｆに対応するデッドゾーン導出処理が終わると、周波数：ｆに１加算して（ステップＳ１０７）、次の周波数に対応するデッドゾーンの導出処理を行う。

周波数：ｆに１加算されると、加算後の周波数：ｆが周波数終了値：Ｆを超えたか否かを判断する（ステップＳ１０８）。すなわち、全ての周波数に対応するデッドゾーン導出処理が終了したか否かの判断である。

この判断により、全ての周波数に対応するデッドゾーン導出処理が終了したと判断された場合には（ステップＳ１０８でＹＥＳ）、この処理を終了するが一方、そうでない場合には（ステップＳ１０８でＮＯ）、ステップＳ１０２に戻り、再び、次の周波数に対応するＤＣＴ係数：Ｃ（ｆ）がデッドゾーン：ｄｚを超えているか否かを判断することとなる。

以上説明したように本発明においては、量子化値０となるＤＣＴ係数（ゼロ係数）の連続個数と、周波数との両方に応じてデッドゾーンを導出することにより、符号化効率を低下させる要因となる孤立した広域ＤＣＴ係数を除去できるため、符号化効率を向上することができる。そのため、Ｈ．２６４規格においてもＱマトリクス同等の効果を得ることができる。

本発明の動画像符号化装置およびその符号化制御方法は、動画像データに対してＨ．２６４規格に準拠した符号化処理を行う動画像符号化装置全般に適用可能であり、特に、孤立係数除去により符号化効率を向上させる場合に有効利用することができる。

本発明に係わる動画像符号化装置１０の概略構成の一例を示す図である。 図１で説明したＤＣＴ及び量子化部１０４の概略構成を示す図である。 デッドゾーン制御部１２および量子化部１３におけるデッドゾーン付き量子化処理の概要を示す図である。 デッドゾーン制御部１２におけるデッドゾーン導出処理の動作を説明するフローチャートである。 従来のデッドゾーン付き量子化処理の概要を説明する図である。

符号の説明

１０ 動画像符号化装置
１１ ＤＣＴ
１２ デッドゾーン制御部
１３ 量子化部
１０１ 入力画像データ
１０２ 減算器
１０３ スイッチ
１０４ ＤＣＴ及び量子化部
１０５ エントロピー符号下部
１０６ 出力端子
１０７ 逆ＤＣＴ及び逆量子化部
１０８ 加算器
１０９ デブロッキングフィルタ
１１０ 画像メモリ
１１１ 動き補償部
１１２ 重み付き予測部
１１３ 動きペクトル検出部
１１４ 符号化制御部

Claims (4)

1. 離散コサイン変換と量子化を行う手段を有する動画像符号化装置において、
   動画像データに対して予測を行った残差信号を離散コサイン変換して周波数成分に変換する変換手段と、
   前記変換手段で変換された周波数成分と、該周波数成分と対応する周波数とに応じてデッドゾーンを導出するデッドゾーン制御手段と、
   前記デッドゾーン制御手段で導出されたデッドゾーン以下の前記変換手段で変換された周波数成分を除去して量子化を行う量子化手段と
   を具備することを特徴とする動画像符号化装置。
2. 前記デッドゾーン制御手段は、
   所定の値以下の周波数成分が所定数以上連続している場合に、前記デッドゾーンを該周波数成分と対応する周波数に応じた上げ幅分上げる
   ことを特徴とする請求項１記載の動画像符号化装置。
3. 前記デッドゾーンを超える周波数成分がある場合には、前記デットゾーンを初期値に戻す
   ことを特徴とする請求項２記載の動画像符号化装置。
4. 離散コサイン変換と量子化を行う手段を有する動画像符号化装置の符号化制御方法において、
   動画像データに対して予測を行った残差信号を離散コサイン変換して周波数成分に変換手段で変換し、
   前記変換手段で変換された周波数成分と、該周波数成分と対応する周波数とに応じてデッドゾーンをデッドゾーン制御手段で導出し、
   前記デッドゾーン制御手段で導出されたデッドゾーン以下の前記変換手段で変換された周波数成分を除去して量子化手段で量子化を行う
   ことを特徴とする動画像符号化装置の符号化制御方法。

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