JP2008182527A - 画像符号化装置及び方法、並びに撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】面内予測の際の待ち時間を削減し、動画像符号化の高速化を図る。
【解決手段】
画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置として、サポートされる面内予測の予測モードに応じて、前記複数のブロックを処理する順序を決定する制御部と、前記制御部で決定された順序に従って、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて前記予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行うデータ処理部とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】
画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置として、サポートされる面内予測の予測モードに応じて、前記複数のブロックを処理する順序を決定する制御部と、前記制御部で決定された順序に従って、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて前記予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行うデータ処理部とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、画像データを圧縮する画像符号化装置に関し、特に画面内での予測処理(面内予測処理)を行う画像符号化装置に関する。
デジタルカメラやデジタルビデオカメラの普及、デジタル通信技術の発達に伴い、動画像のデータを圧縮する技術としてMPEG(Moving Picture Experts Group)が広く用いられるようになってきた。特に、近年規格化されたMEPG−4 AVCのような動画像符号化方式では、通常、面内予測符号化が行われる。
面内予測(イントラ予測)とは、処理対象とするm×n画素(m,nは正の整数)の予測単位ブロック(以下、対象ブロックと呼ぶ)に対する予測画像を、対象ブロックと同一画面内の画素を用いて予測することである。面内予測には、既に符号化された後の画像を画像符号化装置内で復号化して得られた画素(復号化済み画素)が用いられる。
面内予測には、複数の予測モードが存在する。入力画像内の対象ブロックについては、選択された面内予測モードを用いて予測画像が生成される。その後、生成された予測画像と入力画像との差分画像、及び用いられた予測モードを示す情報を符号化し、画像符号化が実現されている。
MPEG−4 AVC(advanced video coding)では、対象ブロック周辺の復号化済み画素を用いて空間予測を行い、対象ブロックの予測画像を生成する。この際の予測モードの決定方法の例が、特許文献1に開示されている。
図37(a),(b),(c),(d),(e),(f),(g),(h),(i)は、輝度信号の4×4画素のブロックに対する面内予測モードの例を示す説明図であって、それぞれ予測モード0、予測モード1、予測モード2、予測モード3、予測モード4、予測モード5、予測モード6、予測モード7、予測モード8についての説明図である。MPEG−4 AVCでは、このような9種類の面内予測モードが用いられる。
垂直方向予測モード(予測モード0)では、図37(a)に示すように、4×4画素の対象ブロックの上に隣接する4画素の復号化済み画素を用いて、対象ブロックの予測画素を生成する。水平方向予測モード(予測モード1)では、図37(b)に示すように、対象ブロックの左に隣接する4画素の復号化済み画素を用いて、対象ブロックの予測画素を生成する。DC予測モード(予測モード2)では、図37(c)に示すように、対象ブロックの左、及び上に隣接する8画素の復号化済み画素の平均値を、対象ブロックの予測画素の値にする。
この他に、図37(d)のような左下方向予測モード(予測モード3)、図37(e)のような右下方向予測モード(予測モード4)、図37(f)のような右下方向予測モード(予測モード5)、図37(g)のような右下方向予測モード(予測モード6)、図37(h)のような左下方向予測モード(予測モード7)、図37(i)のような右上方向予測モード(予測モード8)がある。このように、8方向の予測モードと、DC予測モード、すなわち、合計9種類の面内予測モードが存在する。
図38(a),(b),(c),(d)は、色差信号の8×8画素のブロックに対する面内予測モードの例を示す説明図であって、それぞれ予測モード0、予測モード1、予測モード2、予測モード3についての説明図である。MPEG−4 AVCでは、このような4種類の面内予測モードが用いられる。
図39は、ブロックの処理順序の例を示す説明図である。図39のブロックは、ブロックB0,B1,B2,…,B15の順で対象ブロックになる。
特開2005−160048号公報
図14は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの例を示す説明図である。図37(a)〜(i)の全ての予測モードを用いる場合には、対象ブロックXについて面内予測を行うためには、図14のブロックA〜Dの復号化処理が終了していなければならない。このため、ブロックXに対する処理を開始する際に、ブロックA〜Dの面内予測及び復号化処理が終了するのを待たなければならない場合があった。
また、図37(a)〜(i)のうちの一部の予測モードのみを用いて処理を行うようにすることもできる。この場合、図39のブロックA〜Dの全ての面内予測及び復号化処理が終了するのを待つ必要がないようにすることができる。しかし、ブロックの処理順序によっては、待ち時間が生じ、処理の高速化を図ることができない。
本発明は、面内予測の際の待ち時間を削減し、動画像符号化の高速化を図ることを目的とする。
前記課題を解決するため、本発明が講じた手段は、画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置として、サポートされる予測モードに応じて、前記複数のブロックを処理する順序を決定する制御部と、前記制御部で決定された順序に従って、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて前記予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行うデータ処理部とを有する。
これによると、サポートされる予測モードに応じて、複数のブロックを処理する順序を決定するので、面内予測の際の待ち時間を削減し、予測を高速化することができる。
また、本発明に係る他の画像符号化装置は、画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置として、前記複数のブロックのそれぞれの輝度信号及び色差信号に対して、各ブロックに隣接する画素を用いて面内予測を行うデータ処理部と、前記データ処理部における面内予測処理を制御する制御部とを有する。前記データ処理部は、輝度信号に対する処理と色差信号に対する処理とを交互に行う。
これによると、輝度信号に対する処理と色差信号に対する処理とが交互に行われるので、面内予測の際の待ち時間を削減することができる。
また、本発明に係る更に他の画像符号化装置は、画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置として、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて面内予測を行うデータ処理部と、前記データ処理部における面内予測処理を制御する制御部とを有する。前記データ処理部は、異なるマクロブロックに属するブロックに対する処理を交互に行う。
これによると、異なるマクロブロックに属するブロックに対する処理が交互に行われるので、面内予測の際の待ち時間を削減することができる。
本発明によれば、ブロックの処理順序を適応的に変更するので、面内予測の際の待ち時間を削減することができ、動画像符号化を高速化することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る画像符号化装置の構成を示すブロック図である。図1の画像符号化装置は、制御部1と、データ処理部100とを備えている。データ処理部100は、入力部2と、減算部4と、直交変換・量子化部6と、係数記憶部8と、逆量子化・逆直交変換部10と、再構成画像生成部12と、再構成画像記憶部14と、面内予測部16とを備えている。図2は、図1の画像符号化装置における処理の流れを示すフローチャートである。
処理対象の画像(フレーム画像)は複数のマクロブロックを有しており、各マクロブロックは16個のブロックB0〜B15を有している。ブロックB0〜B15は、それぞれ4×4画素を有している。
図3は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの第1の例を示す説明図である。図4は、図3の場合におけるブロックの処理順序を示す説明図である。ここでは、図37(a),(b),(c),(e),(f),(g),(i)の7モードのうち、最適な予測モードを用いて面内予測を行うものとする(すなわち、図1の画像符号化装置は、これらの7モードをサポートしている)。この場合、図3に示されているように、対象ブロックであるブロックXの面内予測を行うためには、その周囲のブロックA,B,及びCの復号化済み画素を用いる必要がある。
制御部1は、サポートされる面内予測の予測モードに応じて、ブロックB0〜B15を処理する順序を決定する。図3の場合には、制御部1は、図4の順序でブロックを処理することを決定する。入力部2は、画像PX1を受け取り、制御部1の指示に従って、画像PX1に含まれるブロックB0〜B15を図4の順序で選択し、出力する。再構成画像記憶部14は、既に求められた再構成画像を構成する復号化済み画素を格納している。
図2のステップS1において、入力部2は、まず、ブロックB0を選択し、そのデータを減算部4及び面内予測部16に出力する。ステップS2において、面内予測部16は、制御部1の指示に従って、ブロックB0に隣接し、面内予測に必要な隣接画素(ここでは、左隣のマクロブロックにおけるブロックB5の右端の画素、上隣のマクロブロックにおけるブロックB10の下端の画素、及び左上のマクロブロックにおけるブロックB15の右下の画素)を再構成画像記憶部14から読み出す。面内予測部16は、読み出された画素を用いて、サポートされる面内予測の予測モードのうちの最適な予測モード(例えば、誤差が最も少ない予測モード)を決定し、その予測モードで面内予測を行い、予測画像を生成する。
ステップS3において、減算部4は、入力部2から出力されたブロックと面内予測部16で生成された予測画像との差分を求める。ステップS4において、直交変換・量子化部6は、減算部4で求められた差分に対して直交変換及び量子化を行い、得られた量子化データを出力する。
ステップS5において、係数記憶部8は、量子化データを格納する。ステップS6において、逆量子化・逆直交変換部10は、係数記憶部8から量子化データを読み出し、読み出されたデータに逆量子化及び逆直交変換を行う。また、係数記憶部8は、量子化データを図1の画像符号化装置の外部に出力する。
ステップS7において、再構成画像生成部12は、逆量子化及び逆直交変換の結果と、面内予測部16で求められた予測画像とを加算し、再構成画像を求める。ステップS8において、再構成画像記憶部14は、求められた再構成画像を格納する。ステップS9において、制御部1は、全てのブロックについての処理が終了したか否かを判定する。終了している場合には図2の処理を終了し、終了していない場合にはステップ1に戻り、新たに出力される次のブロックの処理を行う。
図5は、図4の場合に、図1の画像符号化装置において各ブロックに対して行われる処理のタイミングを示すタイミングチャートである。図2のステップS1及びS2をステージST1、ステップS3〜S5をステージST2、ステップS6〜S8をステージST3と称することにする。
図3のように、ブロックXの処理は、その周囲のブロックA,B,CのステージST3が終了していれば開始できる。例えば、ブロックB1を処理するには、ブロックB0の逆量子化及び逆直交変換が終了している必要がある。ブロックB2の処理は、ブロックB0の処理が終了した時点で開始可能である。このため、ブロックB1のステージST1が終了すると、ブロックB2のステージST1を開始することができる。その後、図5に示されているように、ステージST1〜ST3の処理を平行して行うことができる。
図6は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの第2の例を示す説明図である。図7は、図6の場合におけるブロックの処理順序を示す説明図である。ここでは、図37(b),(i)の2モードのうち、最適な予測モードを用いて面内予測を行うものとする。この場合、図6に示されているように、対象ブロックであるブロックXの面内予測を行うためには、その周囲のブロックAの復号化済み画素を用いる必要がある。また、この場合、制御部1は、図7の順序でブロックを処理することを決定する。入力部2は、制御部1の指示に従って、図7の順序でブロックB0〜B15のデータを出力する。
図8は、図7の場合に、各ブロックに対して行われる処理のタイミングを示すタイミングチャートである。図6のように、ブロックXの処理は、その左のブロックAのステージST3が終了していれば開始できるので、図8に示されているように、ステージST1〜ST3の処理を平行して行うことができる。
図9は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの第3の例を示す説明図である。図10は、図9の場合におけるブロックの処理順序を示す説明図である。ここでは、図37(a)の予測モードを用いて面内予測を行うものとする。この場合、図9に示されているように、対象ブロックであるブロックXの面内予測を行うためには、その周囲のブロックBの復号化済み画素を用いる必要がある。また、この場合、制御部1は、図10の順序でブロックを処理することを決定する。入力部2は、制御部1の指示に従って、図10の順序でブロックB0〜B15のデータを出力する。
図11は、図10の場合に、各ブロックに対して行われる処理のタイミングを示すタイミングチャートである。図9のように、ブロックXの処理は、その上のブロックBのステージST3が終了していれば開始できるので、図11に示されているように、ステージST1〜ST3の処理を平行して行うことができる。
図12は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの第4の例を示す説明図である。ここでは、図37(a),(b),(c),(i)の4モードのうち、最適な予測モードを用いて面内予測を行うものとする。この場合、図12に示されているように、対象ブロックであるブロックXの面内予測を行うためには、その周囲のブロックA及びBの復号化済み画素を用いる必要がある。また、この場合、制御部1は、図4の順序でブロックを処理することを決定する。入力部2は、制御部1の指示に従って、図4の順序でブロックB0〜B15のデータを出力する。この場合に、各ブロックに対して行われる処理のタイミングは、図5のタイミングチャートで示される。
図13は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの第5の例を示す説明図である。ここでは、図37(a),(d),(h)の3モードのうち、最適な予測モードを用いて面内予測を行うものとする。この場合、図13に示されているように、対象ブロックであるブロックXの面内予測を行うためには、その周囲のブロックB及びブロックDの復号化済み画素を用いる必要がある。また、この場合、制御部1は、図10の順序でブロックを処理することを決定する。入力部2は、制御部1の指示に従って、図10の順序でブロックB0〜B15のデータを出力する。この場合に、各ブロックに対して行われる処理のタイミングは、図11のタイミングチャートで示される。
図14は、対象ブロックの面内予測に必要なブロックの第6の例を示す説明図である。図15は、図14の場合におけるブロックの処理順序を示す説明図である。ここでは、図37(a)〜(i)の9モードのうち、最適な予測モードを用いて面内予測を行うものとする。この場合、図14に示されているように、対象ブロックであるブロックXの面内予測を行うためには、その周囲のブロックA,B,C,及びDの復号化済み画素を用いる必要がある。また、この場合、制御部1は、図15の順序でブロックを処理することを決定する。入力部2は、制御部1の指示に従って、図15の順序でブロックB0〜B15のデータを出力する。
図16は、図15の場合に、各ブロックに対して行われる処理のタイミングを示すタイミングチャートである。図14のように、ブロックXの処理は、その周囲のブロックA,B,C,DのステージST3が終了していれば開始できるので、図16に示されているように、ステージST1〜ST3の処理を平行して行うことができる。
このように、図1の画像符号化装置によると、サポートされる予測モード数に応じた順序でブロックを処理するので、面内予測とそれ以外の処理とを並列で行うことが可能となる。その結果、符号化処理に要する時間を短縮することができる。
図17は、図1の画像符号化装置の第1の変形例を示すブロック図である。図17の画像符号化装置は、制御部1と、データ処理部200とを備えている。データ処理部200は、図1のデータ処理部100において、直交変換・量子化部6及び逆量子化・逆直交変換部10に代えて、順/逆直交変換・順/逆量子化部7を備えている。その他の構成要素については、図1を参照して説明したものと同様であるので、同一の参照番号を付してその説明を省略する。順/逆直交変換・順/逆量子化部7は、直交変換・量子化部6及び逆量子化・逆直交変換部10の機能を備えている。
図18は、図17の画像符号化装置において各ブロックに対して行われる処理のタイミングを示すタイミングチャートである。図2におけるステージST2とステージST3とを、合わせてステージST4と称することとする。図17の画像符号化装置では、図1の画像符号化装置よりも処理にやや多くの時間を要している。しかし、直交変換・量子化処理を行う回路と、逆量子化・逆直交変換処理を行う回路とでは、一部の回路を共用することができるので、図17の画像符号化装置によると、図1の画像符号化装置よりも回路規模を抑えることができる。
図19は、図1の画像符号化装置の第2の変形例を示すブロック図である。図19の画像符号化装置は、制御部1と、データ処理部300とを備えている。データ処理部300は、図17のデータ処理部200において、隣接画素記憶部18を更に備えるようにしたものである。
再構成画像記憶部14は、次フレームの動き補償のため、少なくとも1フレームのデータを保持する必要がある。このため、再構成画像記憶部14は、外部DRAM(dynamic random-access memory)で構成されることが多く、アクセスに時間がかかる。そこで図19の画像符号化装置では、隣接画素記憶部18を備えるようにした。隣接画素記憶部18は、面内予測部16による面内予測に必要な隣接画素(ブロックの最下段又は最右列の画素)のみを格納する。面内予測部16は、再構成画像記憶部14ではなく、隣接画素記憶部18から再構成画像を構成する復号化済み画素を読み出して用いる。
図20は、図19の隣接画素記憶部18が記憶する画素の例を示す説明図である。隣接画素記憶部18は、例えば、図20のように各ブロックの最下段の画素のみを格納する。隣接画素記憶部18は、必要最小限の画素を記憶するので、容量が小さくてよい。このため、高速なメモリを用いて読み出しの高速化を図ることが容易にできる。
図21は、図1の画像符号化装置の第3の変形例を示すブロック図である。図21の画像符号化装置は、制御部401と、データ処理部400とを備えている。データ処理部400は、図1のデータ処理部100において、係数記憶部8を複数備えるようにしたものである。
制御部401には、外部から動作モードMDが入力されている。動作モードMDは、処理される画像の解像度やフレームレート等に対応している。制御部401は、動作モードMDに応じて、図21の画像符号化装置がサポートする予測モードとブロックの処理順序とを決定する。その他の点については、制御部401は、図1の制御部1と同様である。
図21の画像符号化装置は、それぞれ独立して動作可能な複数の係数記憶部8を備えているので、係数記憶部8のうちの1つへのデータの書き込み(図2のステージST2)と、他の1つからのデータの読み出し(図2のステージST3の処理、又は外部への出力)とを独立して行うことができる。このため、処理の高速化を図ることができる。また、サポートされる予測モードを外部から制御できるので、より高速化が要求される場合に、サポートされる予測モードの数を削減して面内予測処理を高速化することができる。
なお、図21の画像符号化装置において、制御部401に代えて図1の制御部1を備えるようにしてもよい。
図22は、図1の画像符号化装置の第4の変形例を示すブロック図である。図22の画像符号化装置は、制御部501と、データ処理部500とを備えている。データ処理部500は、図17のデータ処理部200において、逆量子化・逆直交変換部210と、クロック制御部32とを更に備えるようにしたものである。
クロック制御部32は、クロック信号を逆量子化・逆直交変換部210に出力する。逆量子化・逆直交変換部210は、係数記憶部8から量子化データを読み出し、読み出されたデータに対して逆量子化及び逆直交変換を行う。再構成画像生成部12は、順/逆直交変換・順/逆量子化部7だけではなく、逆量子化・逆直交変換部210で得られた逆量子化及び逆直交変換の結果も、面内予測部16で求められた予測画像と加算し、再構成画像を求める。これによると、逆量子化及び逆直交変換の高速化を図ることができる。
制御部501には、外部から動作モードMDが入力されている。制御部501は、動作モードMDに応じて、逆量子化・逆直交変換部210を動作させるか否かを決定する。逆量子化・逆直交変換部210を動作させない場合には、制御部501は、クロック制御部32に逆量子化・逆直交変換部210へのクロック信号を停止させる。このため、消費電力を抑えることができる。その他の点については、制御部501は、図1の制御部1と同様である。
図23は、図1の画像符号化装置の第5の変形例を示すブロック図である。図23の画像符号化装置は、制御部1と、データ処理部600とを備えている。データ処理部600は、図1のデータ処理部100において、面内予測部16を複数備えるようにしたものである。制御部1は、サポートされる予測モードの数に応じた数の面内予測部16を動作させる。複数の面内予測部16が動作する場合には、これらの面内予測部16は、面内予測を並行して行う。
図23の画像符号化装置によると、サポートされる予測モードが多い場合であっても、複数の面内予測部16が候補となる予測モードで同時に予測し、これらのモードの中から最適な予測モードを選択することが可能となる。このため、画像符号化装置を高速化することが可能となる。
図24は、図1の画像符号化装置の第6の変形例を示すブロック図である。図24の画像符号化装置は、制御部1と、データ処理部700とを備えている。データ処理部700は、図1のデータ処理部100において、複数の直交変換・量子化部6と、複数の係数記憶部8と、複数の逆量子化・逆直交変換部10とを備えるようにしたものである。複数の直交変換・量子化部6は、複数の予測モードについての直交変換及び量子化処理を並行して行い、複数の逆量子化・逆直交変換部10は、複数の予測モードについての逆量子化及び逆直交変換処理を並行して行う。
図24の画像符号化装置によると、サポートされる予測モードが少ない場合等、面内予測16の処理が比較的早く終了するような場合において、画像符号化装置全体の処理速度が低下しないようにすることができる。
図25は、図1の画像符号化装置の第7の変形例を示すブロック図である。図25の画像符号化装置は、制御部801と、データ処理部800とを備えている。データ処理部800は、図23のデータ処理部600において、複数の係数記憶部8を備えるようにし、直交変換・量子化部6及び逆量子化・逆直交変換部10に代えて、制御部801から制御可能な複数の直交変換・量子化部206及び複数の逆量子化・逆直交変換部210を備えるようにしたものである。
制御部801には、外部から動作モードMDが入力されている。制御部801は、動作モードMDに応じて、図25の画像符号化装置がサポートする予測モードとブロックの処理順序とを決定する。更に、制御部801は、面内予測部16、直交変換・量子化部206、及び逆量子化・逆直交変換部210のうち、処理のパフォーマンスに影響を与えるもの(処理に時間を要するもの)については、サポートされる予測モード数に応じた数だけ動作させる。その他の点については、制御部801は、図1の制御部1と同様である。
複数の直交変換・量子化部206及び複数の逆量子化・逆直交変換部210が動作する場合には、これらの直交変換・量子化部206は、サポートされる予測モード数に応じた数の直交変換及び量子化処理を並行して行い、これらの逆量子化・逆直交変換部210は、サポートされる予測モード数に応じた数の逆量子化及び逆直交変換処理を並行して行う。図25の画像符号化装置によると、画像符号化装置全体の処理速度が低下しないようにすることができる。
図26は、輝度信号と色差信号とを交互に処理する場合において、各ブロックに対する処理のタイミングの例を示すタイミングチャートである。このように、以上の各画像符号化装置において、輝度信号と色差信号とを交互に処理するようにしてもよい。
例えば図1の画像符号化装置において、図4の順序でブロックの処理を行う場合、制御部1は、ブロックB0の輝度信号Y0、ブロックB0の色差信号Cb0,Cr0、ブロックB1の輝度信号Y1、ブロックB1の色差信号Cb1,Cr1、…というように、図26のような順序で、入力部2にブロックのデータを出力させるようにしてもよい。データ処理部100は、図26のように、輝度信号に対する処理と色差信号に対する処理とを交互に行う。このようにすると、処理の待ち時間が減るので、図5の場合と比べて処理を早く終えることができる。
図27は、処理対象のフレーム画像におけるマクロブロックの処理順序の例を示す説明図である。例えば、マクロブロックMB1の次にマクロブロックMB4が処理される。図28は、異なるマクロブロックを交互に処理する場合において、各ブロックに対する処理のタイミングの例を示すタイミングチャートである。このように、以上の各画像符号化装置において、異なるマクロブロックを交互に処理するようにしてもよい。
例えば図1の画像符号化装置において、図4の順序でブロックの処理を行う場合、制御部1は、マクロブロックMB1のブロックB0(MB1−B0)、マクロブロックMB4のブロックB0(MB4−B0)、マクロブロックMB1のブロックB1(MB1−B1)、マクロブロックMB4のブロックB1(MB4−B1)、…というように、図28のような順序で、入力部2にブロックのデータを出力させるようにしてもよい。データ処理部100は、図28のように、異なるマクロブロックに属するブロックに対する処理を交互に行う。このようにすると、処理の待ち時間が減るので、図5の場合と比べて処理を早く終えることができる。
図29は、図1の画像符号化装置の第8の変形例を示すブロック図である。図29の画像符号化装置は、制御部901と、データ処理部900とを備えている。データ処理部900は、図21のデータ処理部400において、入力部3と、選択部34とを更に備えるようにしたものである。
入力部3は、画像PX2を受け取り、画像PX2に含まれるブロックのデータを制御部901で決定された順序で出力する。制御部901には、外部から画像指定信号PSが入力されている。制御部901は、画像指定信号PSに従って、選択部34を以下のように制御する点の他は、図1の制御部1と同様である。選択部34は、制御部901の指示に従って、入力部2の出力(画像PX1)及び入力部3の出力(画像PX2)のうち、画像指定信号PSで指定されたものを選択、又は1つずつ交互に選択し、選択された出力を減算部4及び面内予測部16に出力する。
図29の画像符号化装置によると、2つの画像を並行して処理することが可能となる。一方の画像の処理の空き時間に他方の画像の処理が可能であるので、効率よく処理を行うことができる。また、2つの画像のうちの一方のみを処理するか、又は両方を処理するかを選択することが可能となる。なお、それぞれに異なる画像が入力された3つ以上の入力部を備えるようにし、それらの出力のうち、選択部34が、画像指定信号PSで指定されたものを選択、又は1つずつ順次選択するようにしてもよい。
図30は、図1の画像符号化装置の第9の変形例を示すブロック図である。図30の画像符号化装置は、図1の画像符号化装置において、直交変換・量子化部6及び逆量子化・逆直交変換部10に代えて、直交変換部42と、順/逆量子化部44と、逆直交変換部46とを備えている。図30では、これらの構成要素及び係数記憶部8以外の構成要素については、記載を省略している。
言い換えると、図30の画像符号化装置は、直交変換・量子化部として直交変換部42と量子化部とを備え、逆量子化・逆直交変換部として逆量子化部と逆直交変換部46とを備えている。量子化部と逆量子化部とは、乗算回路を共有しており、順/逆量子化部44に対応している。
直交変換部42は、減算部4で求められた差分に対して直交変換を行い、その結果を順/逆量子化部44に出力する。順/逆量子化部44は、量子化部として、直交変換の結果に対して量子化を行い、得られた量子化データを係数記憶部8に出力する。また、順/逆量子化部44は、逆量子化部として、係数記憶部8から量子化データを読み出し、読み出されたデータに逆量子化を行い、その結果を逆直交変換部46に出力する。逆直交変換部46は、逆量子化の結果に対して逆直交変換を行い、その結果を再構成画像生成部12に出力する。
図31は、図2の量子化処理及び逆量子化処理についてのタイミングチャートである。図31のように、ステップS4では、1次直交変換、2次直交変換、量子化の順で処理が開始され、ステップS6では、逆量子化、1次逆直交変換、2次逆直交変換の順で処理が開始される。ステップS4の量子化処理が開始される前に、ステップS6の逆量子化処理が終了しているので、量子化処理を行う回路と逆量子化処理を行う回路とを共用化することができる。このため、量子化処理又は逆量子化処理を行う乗算回路を削減することができ、低コスト化を図ることができる。
図32は、図1の画像符号化装置の第10の変形例を示すブロック図である。図32の画像符号化装置は、制御部1と、データ処理部1000とを備えている。データ処理部1000は、図21のデータ処理部400において、入力部2及び面内予測部16に代えて、入力部302及び面内予測部316を備え、可変長符号化部52と、符号量計算部54とを更に備えるようにしたものである。図33は、図32の画像符号化装置における処理の流れを示すフローチャートである。図33は、図32のフローチャートにおいて、ステップS2に代えてステップS12を備え、ステップS22,S24を更に備えるようにしたものである。
図33のステップS22において、可変長符号化部52は、係数記憶部8から出力されたデータに対して可変長符号化を行い、得られた符号を出力する。ステップS24において、符号量計算部54は、可変長符号化部52で生成された符号の量を求める。ステップS12では、面内予測部316は、目標とする符号量の条件が満たされている場合には、再構成画像に代えて符号化対象画像を用いて、面内予測を行う。このステップでは、その他の点についてはステップS2と同様の処理が行われる。
図34は、図32の画像符号化装置において各ブロックに対して行われる処理のタイミングの例を示すタイミングチャートである。ここでは、図4の順序でブロックの処理を行う場合について示している。図5を参照して説明したように、図1の画像符号化装置では、例えばブロックB1を処理するには、ブロックB0の再構成画像が必要である。これに対し、図32の画像符号化装置では、目標とする符号量の条件が満たされている場合には、ブロックB1の処理の際にはブロックB0の再構成画像は必要ない。このため、ブロックB0の再構成画像が生成されるのを待たずに予測モードを決定することが可能である(図34のAを参照)。
また、可変長符号化部52で符号量が求められた後、面内予測部316が、求められた符号の量に応じて、サポートされる予測モードの種類を決定するようにしてもよい。この場合、入力部302は、サポートされる予測モードに対応した順序で、各ブロックを選択して出力する。例えば、目標とする符号量の条件が満たされている場合に、サポートされる予測モードの種類を少なくすると、面内予測を高速化することができる。
図35は、図32の画像符号化装置における処理の流れの他の例を示すフローチャートである。図35は、図33のフローチャートにおいて、ステップS26を更に備えるようにしたものである。ステップS26では、面内予測部316は、符号量計算部54で求められた符号量に基づいて、用いられた予測モードが妥当であったか否かを判断し、妥当ではなかったと判断した場合には、予測モードの決定を再度行い、用いられた予測モードとは異なる予測モードで面内予測を行う。これによると、より適切な予測モードによる予測を行い、符号量を減少させることができる。
図36は、本実施形態に係る画像符号化装置を有する撮像システムの構成例を示すブロック図である。図36の撮像システムは、例えばデジタルスチルカメラであって、光学系112と、イメージセンサ114と、アナログ/デジタル変換器116と、画像処理回路118と、記録転送回路122と、再生回路124と、システム制御回路126と、タイミング制御回路128とを備えている。
光学系112は、入射光をイメージセンサ114上で結像させる。イメージセンサ114は、タイミング制御回路128によって駆動されており、結像された入射光(画像)を蓄積し、電気信号への光電変換を行うことにより、入射光に応じた画像信号を出力する。アナログ/デジタル変換器116は、イメージセンサ114から出力された画像信号をデジタル信号に変換し、画像処理回路118に出力する。
画像処理回路118は、以上で説明した本実施形態に係る画像符号化装置のいずれかを有している。画像処理回路118は、Y/C処理、エッジ処理、画像の拡大縮小、及び画像圧縮伸張処理(例えば本実施形態で説明したような画像符号化処理)等の画像処理を行う。記録転送回路122は、画像処理された信号に対して、メディアへの記録又は転送を行う。再生回路124は、記録又は転送された信号を受け取り、再生する。システム制御回路126は、図36の撮像システムの全体を制御している。
なお、アナログ/デジタル変換器116又は画像処理回路118が、画像信号を外部から受け取るようにし、画像処理回路118がこの画像信号に対する処理を行うようにしてもよい。
以上説明したように、本発明は、面内予測を伴う動画像符号化を高速化することができるので、画像符号化装置等について有用であり、例えば、カメラ付き携帯電話やデジタルスチルカメラ等に有用である。
1,401,501,801,901 制御部
2,3,302 入力部
4 減算部
6,206 直交変換・量子化部
7 順/逆直交変換・順/逆量子化部
8 係数記憶部
10,210 逆量子化・逆直交変換部
12 再構成画像生成部
14 再構成画像記憶部
16,316 面内予測部
18 隣接画素記憶部
32 クロック制御部
34 選択部
42 直交変換部
44 順/逆量子化部
46 逆直交変換部
52 可変長符号化部
54 符号量計算部
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000 データ処理部
2,3,302 入力部
4 減算部
6,206 直交変換・量子化部
7 順/逆直交変換・順/逆量子化部
8 係数記憶部
10,210 逆量子化・逆直交変換部
12 再構成画像生成部
14 再構成画像記憶部
16,316 面内予測部
18 隣接画素記憶部
32 クロック制御部
34 選択部
42 直交変換部
44 順/逆量子化部
46 逆直交変換部
52 可変長符号化部
54 符号量計算部
100,200,300,400,500,600,700,800,900,1000 データ処理部
Claims (37)
- 画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置であって、
サポートされる予測モードに応じて、前記複数のブロックを処理する順序を決定する制御部と、
前記制御部で決定された順序に従って、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて前記予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行うデータ処理部とを備える
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項1に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記複数のブロックを、前記制御部で決定された順序に従って出力する入力部と、
前記入力部から出力されたブロックと予測画像との差分を求める減算部と、
前記差分に対して直交変換及び量子化を行う直交変換・量子化部と、
前記直交変換・量子化部で求められた結果を格納する係数記憶部と、
前記直交変換・量子化部で求められた結果を前記係数記憶部から読み出し、読み出されたデータに対して逆量子化及び逆直交変換を行う逆量子化・逆直交変換部と、
前記逆量子化・逆直交変換部で求められた結果と前記予測画像とを加算して再構成画像を求める再構成画像生成部と、
前記再構成画像を格納する再構成画像記憶部と、
前記再構成画像と前記入力部から新たに出力されたブロックとに基づいて、前記サポートされる予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行い、その結果を前記予測画像として出力する面内予測部とを備える
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記再構成画像のうち、面内予測の際に必要となる画素のみを格納する隣接画素記憶部を更に備え、
前記面内予測部は、
前記隣接画素記憶部に格納された画素を前記再構成画像として用いる
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記係数記憶部を複数備え、
前記係数記憶部は、それぞれ独立して動作可能である
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項4に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記面内予測部を複数備え、
前記制御部は、
前記サポートされる予測モードの数に応じた数の前記面内予測部を動作させる
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記直交変換・量子化部及び前記逆量子化・逆直交変換部をいずれも複数備える
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項6に記載の画像符号化装置において、
前記制御部は、
入力された動作モードに応じた数の前記直交変換・量子化部、及び前記入力された動作モードに応じた数の前記逆量子化・逆直交変換部を動作させる
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記入力部を複数備え、かつ、
前記複数の入力部の出力から選択を行い、選択された出力を前記減算部及び前記面内予測部に出力する選択部を更に備える
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項8に記載の画像符号化装置において、
前記選択部は、
前記複数の入力部の出力から1つずつ順次選択する
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項8に記載の画像符号化装置において、
前記選択部は、
入力された画像指定信号に従って、前記複数の入力部の出力から1つずつ順次選択すること、又は指定された入力部の出力を選択することを行う
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記直交変換・量子化部は、
前記差分に対して直交変換を行う直交変換部と、
前記直交変換の結果に対して量子化を行う量子化部とを備え、
前記逆量子化・逆直交変換部は、
前記係数記憶部から読み出されたデータに対して逆量子化を行う逆量子化部と、
前記逆量子化の結果に対して逆直交変換を行う逆直交変換部とを備え、
前記量子化部と前記逆量子化部とは、乗算回路を共有している
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項2に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記係数記憶部から読み出されたデータに対して可変長符号化を行う可変長符号化部と、
前記可変長符号化部で生成された符号の量を求める符号量計算部とを更に備え、
前記面内予測部は、
前記符号量計算部で求められた符号の量が、目標とする符号量の条件を満たしている場合には、前記再構成画像に代えて、前記入力部から出力された画像を用いる
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項12に記載の画像符号化装置において、
前記面内予測部は、
前記符号量計算部で求められた符号の量に応じて、前記サポートされる予測モードの種類を決定する
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項12に記載の画像符号化装置において、
前記面内予測部は、
前記符号量計算部で求められた符号の量に基づいて、用いられた予測モードが妥当であったか否かを判断し、前記用いられた予測モードが妥当ではなかったと判断した場合には、前記用いられた予測モードとは異なる予測モードで面内予測を行う
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項1に記載の画像符号化装置において、
前記制御部は、
入力された動作モードに応じて、前記サポートされる予測モードを決定する
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項1に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記複数のブロックを、前記制御部で決定された順序に従って出力する入力部と、
前記入力部から出力されたブロックと予測画像との差分を求める減算部と、
前記差分に対して直交変換及び量子化を行い、その結果に対して逆量子化及び逆直交変換を行う順/逆直交変換・順/逆量子化部と、
前記順/逆直交変換・順/逆量子化部で直交変換及び量子化された結果を格納し、前記順/逆直交変換・順/逆量子化部に出力する係数記憶部と、
前記逆量子化及び逆直交変換された結果と前記予測画像とを加算して再構成画像を求める再構成画像生成部と、
前記再構成画像を格納する再構成画像記憶部と、
前記再構成画像と前記入力部から新たに出力されたブロックとに基づいて、前記サポートされる予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行い、その結果を前記予測画像として出力する面内予測部とを備える
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 請求項16に記載の画像符号化装置において、
前記データ処理部は、
前記直交変換・量子化部で直交変換及び量子化された結果を前記係数記憶部から読み出し、読み出されたデータに対して逆量子化及び逆直交変換を行う逆量子化・逆直交変換部を更に備え、
前記制御部は、
入力された動作モードに応じて、前記逆量子化・逆直交変換部を動作させるか否かを決定する
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置であって、
前記複数のブロックのそれぞれの輝度信号及び色差信号に対して、各ブロックに隣接する画素を用いて面内予測を行うデータ処理部と、
前記データ処理部における面内予測処理を制御する制御部とを備え、
前記データ処理部は、
輝度信号に対する処理と色差信号に対する処理とを交互に行う
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置であって、
前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて面内予測を行うデータ処理部と、
前記データ処理部における面内予測処理を制御する制御部とを備え、
前記データ処理部は、
異なるマクロブロックに属するブロックに対する処理を交互に行う
ことを特徴とする画像符号化装置。 - 画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化方法であって、
サポートされる予測モードに応じて、前記複数のブロックを処理する順序を決定する制御ステップと、
前記制御ステップで決定された順序に従って、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて前記予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行うデータ処理ステップとを備える
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項20に記載の画像符号化方法において、
前記データ処理ステップは、
前記複数のブロックを、前記制御ステップで決定された順序に従って選択する入力ステップと、
前記入力ステップで選択されたブロックと予測画像との差分を求める減算ステップと、
前記差分に対して直交変換及び量子化を行う直交変換・量子化ステップと、
前記直交変換・量子化ステップで求められた結果を格納する係数記憶ステップと、
前記係数記憶ステップで格納された、前記直交変換・量子化ステップで求められた結果を読み出し、読み出されたデータに対して逆量子化及び逆直交変換を行う逆量子化・逆直交変換ステップと、
前記逆量子化・逆直交変換ステップで求められた結果と前記予測画像とを加算して再構成画像を求める再構成画像生成ステップと、
前記再構成画像を格納する再構成画像記憶ステップと、
前記再構成画像と前記入力ステップで新たに選択されたブロックとに基づいて、前記サポートされる予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行い、その結果を前記予測画像として求める面内予測ステップとを備える
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項21に記載の画像符号化方法において、
前記データ処理ステップは、
前記再構成画像のうち、面内予測の際に必要となる画素のみを格納する隣接画素記憶ステップを更に備え、
前記面内予測ステップは、
前記隣接画素記憶ステップで格納された画素を前記再構成画像として用いる
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項21に記載の画像符号化方法において、
前記面内予測ステップは、
前記サポートされる予測モードの数に応じた数の面内予測処理を並行して行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項21に記載の画像符号化方法において、
前記直交変換・量子化ステップは、
複数の予測モードについての直交変換及び量子化処理を並行して行い、
前記逆量子化・逆直交変換ステップは、
前記複数の予測モードについての逆量子化及び逆直交変換処理を並行して行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項24に記載の画像符号化方法において、
前記直交変換・量子化ステップは、
入力された動作モードに応じた数の直交変換及び量子化処理を並行して行い、
前記逆量子化・逆直交変換ステップは、
前記入力された動作モードに応じた数の逆量子化及び逆直交変換処理を並行して行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項21に記載の画像符号化方法において、
前記データ処理ステップは、
選択ステップを更に備え、
前記入力ステップは、
複数の画像についての処理を行うものであり、
前記選択ステップは、
前記複数の画像から選択を行うものであり、
前記減算ステップ及び前記面内予測ステップは、
前記選択ステップで選択された画像について処理を行うものである
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項26に記載の画像符号化方法において、
前記選択ステップは、
前記複数の画像から1つずつ順次選択する
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項26に記載の画像符号化方法において、
前記選択ステップは、
入力された画像指定信号に従って、前記複数の画像から1つずつ順次選択すること、又は指定された画像を選択することを行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項21に記載の画像符号化方法において、
前記データ処理ステップは、
前記係数記憶ステップで格納され、読み出されたデータに対して可変長符号化を行う可変長符号化ステップと、
前記可変長符号化ステップで生成された符号の量を求める符号量計算ステップとを更に備え、
前記面内予測ステップは、
前記符号量計算ステップで求められた符号の量が、目標とする符号量の条件を満たしている場合には、前記再構成画像に代えて、前記入力ステップで選択された画像を用いる
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項29に記載の画像符号化方法において、
前記面内予測ステップは、
前記符号量計算ステップで求められた符号の量に応じて、前記サポートされる予測モードの種類を決定する
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項29に記載の画像符号化方法において、
前記データ処理ステップは、
前記符号量計算ステップで求められた符号の量に基づいて、用いられた予測モードが妥当であったか否かを判断するステップを更に備え、
前記面内予測ステップは、
前記用いられた予測モードが妥当ではなかったと判断された場合には、前記用いられた予測モードとは異なる予測モードで面内予測を行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項20に記載の画像符号化方法において、
前記制御ステップは、
入力された動作モードに応じて、前記サポートされる予測モードを決定する
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 請求項20に記載の画像符号化方法において、
前記データ処理ステップは、
前記複数のブロックを、前記制御ステップで決定された順序に従って選択する入力ステップと、
前記入力ステップで選択されたブロックと予測画像との差分を求める減算ステップと、
前記差分に対して直交変換及び量子化を行い、その結果に対して逆量子化及び逆直交変換を行う順/逆直交変換・順/逆量子化ステップと、
前記順/逆直交変換・順/逆量子化ステップで直交変換及び量子化された結果を格納し、前記順/逆直交変換・順/逆量子化ステップで用いられるようにする係数記憶ステップと、
前記逆量子化及び逆直交変換された結果と前記予測画像とを加算して再構成画像を求める再構成画像生成ステップと、
前記再構成画像を格納する再構成画像記憶ステップと、
前記再構成画像と前記入力ステップで新たに選択されたブロックとに基づいて、前記サポートされる予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行い、その結果を前記予測画像として求める面内予測ステップとを備える
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化方法であって、
前記複数のブロックのそれぞれの輝度信号及び色差信号に対して、各ブロックに隣接する画素を用いて面内予測を行うデータ処理ステップと、
前記データ処理ステップにおける面内予測処理を制御する制御ステップとを備え、
前記データ処理ステップは、
輝度信号に対する処理と色差信号に対する処理とを交互に行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化方法であって、
前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて面内予測を行うデータ処理ステップと、
前記データ処理ステップにおける面内予測処理を制御する制御ステップとを備え、
前記データ処理ステップは、
異なるマクロブロックに属するブロックに対する処理を交互に行う
ことを特徴とする画像符号化方法。 - 入射光を結像させる光学系と、
前記光学系によって結像した入射光に応じた画像信号を出力するセンサと、
前記画像信号が表す画像に対する画像処理を行う画像処理回路とを備え、
前記画像処理回路は、
前記画像を構成する複数のブロックに対して面内予測処理を行う画像符号化装置を有し、
前記画像符号化装置は、
サポートされる予測モードに応じて、前記複数のブロックを処理する順序を決定する制御部と、
前記制御部で決定された順序に従って、前記複数のブロックのそれぞれに対して、各ブロックに隣接する画素を用いて前記予測モードのうちの最適な予測モードで面内予測を行うデータ処理部とを備える
ことを特徴とする撮像システム。 - 請求項36に記載の撮像システムにおいて、
前記画像信号をデジタル信号に変換して前記画像処理回路に出力するアナログ/デジタル変換器を更に備える
ことを特徴とする撮像システム。
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