JP4051799B2 - 画像復号装置及び画像復号方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、８×８画素からなる直交変換ブロック単位で直交変換することによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データを復号する画像復号装置及び画像復号方法に関し、特に、第１の解像度の圧縮画像データを復号して、この第１の解像度よりも低い第２の解像度の動画像データに縮小する画像復号装置及び画像復号方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ２（Moving Picture Experts Group phase2）等の画像圧縮方式を用いたデジタルテレビジョン放送の規格化が進められている。デジタルテレビジョン放送の規格には、標準解像度画像（例えば垂直方向の有効ライン数が５７６本）に対応した規格、高解像度画像（例えば垂直方向の有効ライン数が１１５２本）に対応した規格等がある。そのため、近年、高解像度画像の圧縮画像データを復号するとともにこの圧縮画像データを１／２の解像度に縮小することにより、標準解像度画像の画像データを生成して、この画像データを標準解像度に対応したテレビジョンモニタに表示するダウンデコーダが求められている。
【０００３】
高解像度画像に対して動き予測による予測符号化及び離散コサイン変換による圧縮符号化をしたＭＰＥＧ２等のビットストリームを、復号するとともに標準解像度画像にダウンサンプリングするダウンデコーダが、文献「低域ドリフトのないスケーラブル・デコーダ」（岩橋・神林・貴家：信学技報 CS94-186,DSP94-108,1995-01）に提案されている（以下、この文献を文献１と呼ぶ。）。この文献１には、以下の第１から第３のダウンデコーダが示されている。
【０００４】
第１のダウンデコーダは、図８に示すように、高解像度画像のビットストリームに対して８（水平方向のＤＣ成分から数えた係数の数）×８（垂直方向のＤＣ成分から数えた係数の数）の逆離散コサイン変換をする逆離散コサイン変換装置１０１と、離散コサイン変換がされた高解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１０２と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１０３と、フレームメモリ１０３が記憶した参照画像に１／２画素精度で動き補償をする動き補償装置１０４と、フレームメモリ１０３が記憶した参照画像を標準解像度の画像に変換するダウンサンプリング装置１０５とを備えている。
【０００５】
この第１のダウンデコーダでは、逆離散コサイン変換を行い高解像度画像として復号した出力画像を、ダウンサンプリング装置１０５で縮小して標準解像度の画像データを出力する。
【０００６】
第２のダウンデコーダは、図９に示すように、高解像度画像のビットストリームのＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）ブロックの高周波成分の係数を０に置き換えて８×８の逆離散コサイン変換をする逆離散コサイン変換装置１１１と、離散コサイン変換がされた高解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１１２と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１１３と、フレームメモリ１１３が記憶した参照画像に１／２画素精度で動き補償をする動き補償装置１１４と、フレームメモリ１１３が記憶した参照画像を標準解像度の画像に変換するダウンサンプリング装置１１５とを備えている。
【０００７】
この第２のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロックの全ての係数のうち高周波成分の係数を０に置き換えて逆離散コサイン変換を行い高解像度画像として復号した出力画像を、ダウンサンプリング装置１０５で縮小して標準解像度の画像データを出力する。
【０００８】
第３のダウンデコーダは、図１０に示すように、高解像度画像のビットストリームのＤＣＴブロックの低周波成分の係数のみを用いて例えば４×４の逆離散コサイン変換をして標準解像度画像に復号する縮小逆離散コサイン変換装置１２１と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１２２と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１２３と、フレームメモリ１２３が記憶した参照画像に１／４画素精度で動き補償をする動き補償装置１２４とを備えている。
【０００９】
この第３のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロックの全ての係数のうち低周波成分の係数のみを用いて逆離散コサイン変換を行い、高解像度画像から標準解像度画像として復号する。
【００１０】
ここで、上記第１のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロック内の全ての係数に対して逆離散コサイン変換を行い高解像度画像を復号しているため、高い演算処理能力の逆離散コサイン変換装置１０１と高容量のフレームメモリ１０３とが必要となる。また、上記第２のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロック内の係数のうち高周波成分を０として離散コサイン変換を行い高解像度画像を復号しているため、逆離散コサイン変換装置１１１の演算処理能力は低くて良いが、やはり高容量のフレームメモリ１１３が必要となる。これら第１及び第２のダウンデコーダに対し、第３のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロック内の全ての係数うち低周波成分の係数のみを用いて逆離散コサイン変換をしているため逆離散コサイン変換装置１２１の演算処理能力が低くてよく、さらに、標準解像度画像の参照画像を復号しているのでフレームメモリ１２３の容量も少なくすることができる。
【００１１】
ところで、テレビジョン放送等の動画像の表示方式には、順次走査方式と飛び越し走査方式とがある。順次走査方式は、フレーム内の全ての画素を同じタイミングでサンプリングした画像を、順次表示する表示方式である。飛び越し走査方式は、フレーム内の画素を水平方向の１ライン毎に異なるタイミングでサンプリングした画像を、交互に表示する表示方式である。
【００１２】
この飛び越し走査方式では、フレーム内の画素を１ライン毎に異なるタイミングでサンプリングした画像のうちの一方を、トップフィールド（第１フィールドともいう。）といい、他方をボトムフィールド（第２のフィールドともいう。）という。フレームの水平方向の先頭ラインが含まれる画像がトップフィールドとなり、フレームの水平方向の２番目のラインが含まれる画像がボトムフィールドとなる。従って、飛び越し走査方式では、１つのフレームが２つのフィールドから構成されることとなる。
【００１３】
ＭＥＰＧ２では、飛び越し走査方式に対応した動画像信号を効率良く圧縮するため、画面の圧縮単位であるピクチャにフレームを割り当てて符号化するだけでなく、ピクチャにフィールドを割り当てて符号化することもできる。
【００１４】
ＭＰＥＧ２では、ピクチャにフィールドが割り当てられた場合には、そのビットストリームの構造をフィールド構造と呼び、ピクチャにフレームが割り当てられた場合には、そのビットストリームの構造をフレーム構造と呼ぶ。また、フィールド構造では、フィールド内の画素からＤＣＴブロックが形成され、フィールド単位で離散コサイン変換がされる。このフィールド単位で離散コサイン変換を行う処理モードのことをフィールドＤＣＴモードと呼ぶ。また、フレーム構造では、フレーム内の画素からＤＣＴブロックが形成され、フレーム単位で離散コサイン変換がされる。このフレーム単位で離散コサイン変換を行う処理モードのことをフレームＤＣＴモードと呼ぶ。さらに、フィールド構造では、フィールド内の画素からマクロブロックが形成され、フィールド単位で動き予測がされる。このフィールド単位で動き予測を行う処理モードのことをフィールド動き予測モードと呼ぶ。また、フレーム構造では、フレーム内の画素からマクロブロックが形成され、フレーム単位で動き予測がされる。フレーム単位で動き予測を行う処理モードのことをフレーム動き予測モードと呼ぶ。
【００１５】
ところで、上記文献１に示された第３のダウンデコーダを利用して、飛び越し走査方式に対応した圧縮画像データを復号する画像復号装置が、例えば文献「A Compensation Method of Drift Errors in Scalability」（N.OBIKANE,K.TAHARA and J.YONEMITSU,HDTV Work Shop'93）に提案されている（以下、この文献を文献２と呼ぶ）。
【００１６】
この文献２に示された従来の画像復号装置は、図１１に示すように、高解像度画像をＭＰＥＧ２で圧縮したビットストリームが供給され、このビットストリームを解析するビットストリーム解析装置１３１と、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化がされたビットストリームを復号する可変長符号復号装置１３２と、ＤＣＴブロックの各係数に量子化ステップを掛ける逆量子化装置２０３３と、ＤＣＴブロックの全ての係数のうち低周波成分の係数のみを用いて例えば４×４の逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を復号する縮小逆離散コサイン変換装置１３４と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１３５と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１３６と、フレームメモリ１３６が記憶した参照画像に１／４画素精度で動き補償をする動き補償装置１３７とを備えている。
【００１７】
この文献２に示された従来の画像復号装置の縮小逆離散コサイン変換装置１３４は、ＤＣＴブロック内の全ての係数のうち低周波成分の係数のみを用いて逆離散コサイン変換をするが、フレームＤＣＴモードとフィールドＤＣＴモードとで、逆離散コサイン変換を行う係数の位置が異なっている。
【００１８】
具体的には、縮小逆離散コサイン変換装置１３４は、フィールドＤＣＴモードの場合には、図１２に示すように、ＤＣＴブロック内の８×８個のうち、低域の４×４個の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。それに対し、縮小逆離散コサイン変換装置１３４は、フレームＤＣＴモードの場合には、図１３に示すように、ＤＣＴブロック内の８×８個の係数のうち、４×２個＋４×２個の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。
【００１９】
また、この文献２に示された従来の画像復号装置の動き補償装置１３７は、 高解像度画像に対して行われた動き予測の情報（動きベクトル）に基づき、フィールド動き予測モード及びフレーム動き予測モードのそれぞれに対応した１／４画素精度の動き補償を行う。すなわち、通常ＭＰＥＧ２では１／２画素精度で動き補償が行われることが定められているが、高解像度画像から標準解像度画像を復号する場合には、ピクチャ内の画素数が１／２に間引かれるため、動き補償装置１３７では動き補償の画素精度を１／４画素精度として動き補償を行っている。
【００２０】
従って、動き補償装置１３７では、高解像度画像に対応した動き補償を行うため、標準解像度の画像としてフレームメモリ１３６に格納された参照画像の画素に対して線形補間して、１／４画素精度の画素を生成している。
【００２１】
具体的に、フィールド動き予測モード及びフレーム動き予測モードの場合の垂直方向の画素の線形補間処理を、図１４及び図１５を用いて説明する。なお、図面中には、縦方向に垂直方向の画素の位相を示し、表示画像の各画素が位置する位相を整数で示している。
【００２２】
まず、フィールド動き予測モードで動き予測がされた画像の補間処理について、図１４を用いて説明する。高解像度画像（上位レイヤー）に対しては、図１４（ａ）に示すように、各フィールドそれぞれ独立に、１／２画素精度で動き補償がされる。これに対し、標準解像度画像（下位レイヤー）に対しては、図１４（ｂ）に示すように、整数精度の画素に基づきフィールド内で線形補間をして、垂直方向に１／４画素、１／２画素、３／４画素分の位相がずれた画素を生成し、動き補償がされる。すなわち、標準解像度画像（下位レイヤー）では、トップフィールドの整数精度の各画素に基づきトップフィールドの１／４画素精度の各画素が線形補間により生成され、ボトムフィールドの整数精度の各画素に基づきボトムフィールドの１／４画素精度の各画素が線形補間により生成される。例えば、垂直方向の位相が０の位置にあるトップフィールドの画素の値をａ、垂直方向の位相が１の位置にあるトップフィールドの画素の値をｂとする。この場合、垂直方向の位相が１／４の位置にあるトップフィールドの画素は（３ａ＋ｂ）／４となり、垂直方向の位相が１／２の位置にあるトップフィールドの画素は（ａ＋ｂ）／２となり、垂直方向の位相が３／４の位置にあるトップフィールドの画素は（ａ＋３ｂ）／４となる。
【００２３】
続いて、フレーム動き予測モードで動き予測がされた画像の補間処理について、図１５を用いて説明する。高解像度画像（上位レイヤー）に対しては、図１５（ａ）に示すように、各フィールド間で補間処理がされ、すなわち、ボトムフィールドとトップフィールドとの間で補間処理がされ、１／２画素精度で動き補償がされる。標準解像度画像（下位レイヤー）に対しては、図１５（ｂ）に示すように、トップフィールド及びボトムフィールドの２つのフィールドの整数精度の各画素に基づき、垂直方向に１／４画素、１／２画素、３／４画素分の位相がずれた画素が線形補間により生成され、動き補償がされる。例えば、垂直方向の位相が−１の位置にあるボトムフィールドの画素の値をａ、垂直方向の位相が０の位置にあるトップフィールドの画素の値をｂ、垂直方向の位相が１の位置にあるボトムフィールドの画素の値をｃ、垂直方向の位相が２の位置にあるトップフィールドの画素の値をｄ、垂直方向の位相が３の位置にあるボトムフィールドの画素の値をｅとする。この場合、垂直方向の位相が０〜２の間にある１／４画素精度の各画素は、以下のように求められる。
【００２４】
垂直方向の位相が１／４の位置にある画素は（ａ＋４ｂ＋３ｃ）／８となる。垂直方向の位相が１／２の位置にある画素は（ａ＋３ｃ）／４となる。垂直方向の位相が３／４の位置にある画素は（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋２ｄ）／８となる。垂直方向の位相が５／４の位置にある画素は（２ｂ＋３ｃ＋２ｄ＋ｅ）／８となる。垂直方向の位相が３／２の位置にある画素は（３ｃ＋ｅ）／４となる。垂直方向の位相が７／４の位置にある画素は（３ｃ＋４ｄ＋ｅ）／８となる。
【００２５】
以上のように上記文献２に示された従来の画像復号装置は、飛び越し走査方式に対応した高解像度画像の圧縮画像データを、標準解像度画像データに復号することができる。
【００２６】
しかしながら、上記文献２に示された従来の画像復号装置では、フィールドＤＣＴモードで得られる標準解像度画像の各画素と、フレームＤＣＴモードで得られる標準解像度の各画素との位相がずれる。具体的には、フィールドＤＣＴモードでは、図１６に示すように、下位レイヤーのトップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、下位レイヤーのボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。それに対して、フレームＤＣＴモードでは、図１７に示すように、下位レイヤーのトップフィールドの各画素の垂直方向の位相が０、２・・・となり、下位レイヤーのボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。そのため、位相が異なる画像がフレームメモリ１３６に混在し、出力する画像の画質が劣化する。
【００２７】
また、上記文献２に示された従来の画像復号装置では、フィールド動き予測モードとフレーム動き予測モードとで位相ずれの補正がされていない。そのため、出力する画像の画質が劣化する。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するための画像復号装置が、特願平１０−２０８３８５号により提案されている。
【００２９】
つぎに、特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置について説明する。
【００３０】
図１８に示す特願平１０−２０８３８５号で提案した画像復号装置２００は、垂直方向の有効ライン数が例えば１１５２本の高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームが入力され、この入力されたビットストリームを復号するとともに１／２の解像度に縮小して、垂直方向の有効ライン数が例えば５７６本の標準解像度画像を出力する装置である。
【００３１】
なお、以下、高解像度画像のことを上位レイヤーとも呼び、標準解像度画像のことを下位レイヤーとも呼ぶものとする。また、通常、８×８の離散コサイン係数を有するＤＣＴブロックを逆離散コサイン変換した場合８×８の画素から構成される復号データを得ることができるが、例えば、８×８の離散コサイン係数を復号して４×４の画素から構成される復号データを得るような、逆離散コサイン変換をするとともに解像度を縮小する処理を、縮小逆離散コサイン変換という。
【００３２】
この画像復号装置２００は、圧縮された高解像度画像のビットストリームが供給され、このビットストリームを解析するビットストリーム解析装置２０１と、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化がされた上記ビットストリームを復号する可変長符号復号装置２０２と、ＤＣＴブロックの各係数に量子化ステップを掛ける逆量子化装置２０３と、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４と、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置２０６と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ２０７と、フレームメモリ２０７が記憶した参照画像にフィールド動き予測モードに対応した動き補償をするフィールドモード用動き補償装置２０８と、フレームメモリ２０７が記憶した参照画像にフレーム動き予測モードに対応した動き補償をするフレームモード用動き補償装置２０９と、フレームメモリ２０７が記憶した画像に対してポストフィルタリングをすることにより、画枠変換をするとともに画素の位相ずれを補正してテレビジョンモニタ等に表示するための標準解像度の画像データを出力する画枠変換・位相ずれ補正装置２１０とを備えている。
【００３３】
フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４は、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、図１２で示したような、低域の４×４の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。すなわち、水平方向及び垂直方向の低域の４点の離散コサイン係数に基づき縮小逆離散コサイン変換を行う。このフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４では、以上のような縮小逆離散コサイン変換を行うことにより、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される標準解像度画像を復号することができる。この復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。すなわち、復号された下位レイヤーのトップフィールドでは、先頭画素（位相が１／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が０と２の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が５／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が４と６の画素）の中間位相となる。また、復号された下位レイヤーのボトムフィールドでは、先頭画素（位相が１の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が１と３の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が３の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が５と７の画素）の中間位相となる。
【００３４】
フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５は、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、縮小逆離散コサイン変換を行う。そして、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５では、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される解像度画像を復号するとともに、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４で生成した標準解像度画像の画素の位相と同位相の画像を生成する。すなわち、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５で復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。
【００３５】
なお、このフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５の処理については、その詳細を後述する。
【００３６】
加算装置２０６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがイントラ画像の場合には、そのイントラ画像をそのままフレームメモリ２０７に格納する。また、加算装置２０６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがインター画像である場合には、そのインター画像に、フィールドモード用動き補償装置２０８或いはフレームモード用動き補償装置２０９により動き補償がされた参照画像を合成して、フレームメモリ２０７に格納する。
【００３７】
フィールドモード用動き補償装置２０８は、マクロブロックの動き予測モードがフィールド動き予測モードの場合に用いられる。フィールドモード用動き補償装置２０８は、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の参照画像に対して、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を考慮した形で１／４画素精度で補間処理を行い、フィールド動き予測モードに対応した動き補償をする。このフィールドモード用動き補償装置２０８により動き補償がされた参照画像は、加算装置２０６に供給され、インター画像に合成される。
【００３８】
フレームモード用動き補償装置２０９は、マクロブロックの動き予測モードがフレーム動き予測モードの場合に用いられる。フレームモード用動き補償装置２０９は、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の参照画像に対して、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を考慮した形で１／４画素精度で補間処理を行い、フレーム動き予測モードに対応した動き補償をする。このフレームモード用動き補償装置２０９により動き補償がされた参照画像は、加算装置２０６に供給され、インター画像に合成される。
【００３９】
画枠変換・位相ずれ補正装置２１０は、フレームメモリ２０７が記憶した標準解像度の参照画像或いは加算装置２０６が合成した画像が供給され、この画像をポストフィルタリングにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を補正するとともに画枠を標準解像度のテレビジョンの規格に合致するように変換する。すなわち、画枠変換・位相ずれ補正装置２１０は、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる標準解像度画像を、例えば、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が０、２、４・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３、５・・・となるように補正する。また、画枠変換・位相ずれ補正装置２１０は、高解像度のテレビジョン規格の画枠を、１／４に縮小して標準解像度のテレビジョン規格の画枠に変換する。
【００４０】
特願平１０−２０８３８５で提案した画像復号装置２００では、以上のような構成を有することにより、高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームを、復号するとともに解像度を１／２に縮小して、標準解像度画像を出力することができる。
【００４１】
つぎに、上記フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５の処理内容について、さらに詳細に説明する。
【００４２】
フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５には、図２０に示すように、高解像度画像を圧縮符号化したビットストリームが、１つのＤＣＴブロック単位で入力される。
【００４３】
まず、ステップＳ１において、この１つのＤＣＴブロックの離散コサイン係数ｙ（ＤＣＴブロックの全ての離散コサイン係数のうち垂直方向の係数をｙ1〜ｙ8として図中に示す。）に対して、８×８の逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ８×８）を行う。逆離散コサイン変換をすることにより、８×８の復号された画素データｘ（ＤＣＴブロックの全ての画素データのうち垂直方向の画素データをｘ1〜ｘ8として図中に示す。）を得ることができる。
【００４４】
続いて、ステップＳ２において、この８×８の画素データｘを、垂直方向に１ライン毎交互に取り出して、飛び越し走査に対応した４×４のトップフィールドの画素ブロックと、飛び越し走査に対応した４×４のボトムフィールドの画素ブロックの２つの画素ブロックに分離する。すなわち、垂直方向に１ライン目の画素データｘ1と、３ライン目の画素データｘ3と、５ライン目の画素データｘ5と、７ライン目の画素データｘ7とを取り出して、トップフィールドに対応した画素ブロックを生成する。また、垂直方向に２ライン目の画素データｘ2と、４ライン目の画素データｘ4と、６ライン目の画素データｘ6と、８ライン目の画素データｘ8とを取り出して、ボトムフィールドに対応した画素ブロックを生成する。なお、ＤＣＴブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離する処理を、以下フィールド分離という。
【００４５】
続いて、ステップＳ３において、フィールド分離した２つの画素ブロックそれぞれに対して４×４の離散コサイン変換（ＤＣＴ４×４）をする。
【００４６】
続いて、ステップＳ４において、４×４の離散コサイン変換をして得られたトップフィールドに対応する画素ブロックの離散コサイン係数ｚ（トップフィールドに対応する画素ブロックの全ての係数のうち垂直方向の離散コサイン係数をｚ1，ｚ3，ｚ5，ｚ7として図中に示す。）の高域成分を間引き、２×２の離散コサイン係数から構成される画素ブロックとする。また、４×４の離散コサイン変換をして得られたボトムフィールドに対応する画素ブロックの離散コサイン係数ｚ（ボトムフィールドに対応する画素ブロックの全ての係数のうち垂直方向の離散コサイン係数をｚ2，ｚ4，ｚ6，ｚ8として図中に示す。）の高域成分を間引き、２×２の離散コサイン係数から構成される画素ブロックとする。
【００４７】
続いて、ステップＳ５において、高域成分の離散コサイン係数を間引いた画素ブロックに対して、２×２の逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ２×２）を行う。２×２の逆離散コサイン変換をすることにより、２×２の復号された画素データｘ′（トップフィールドの画素ブロックの全ての画素データのうち垂直方向の画素データをｘ′1，ｘ′3として図中に示し、また、ボトムフィールドに対応する画素ブロックの全ての画素データのうち垂直方向の画素データをｘ′2，ｘ′4として図中に示す。）を得ることができる。
【００４８】
続いて、ステップＳ６において、トップフィールドに対応する画素ブロックの画素データと、ボトムフィールドに対応する画素ブロックの画素データとを、垂直方向に１ラインずつ交互に合成して、４×４の画素データから構成される縮小逆離散コサイン変換をしたＤＣＴブロックを生成する。なお、トップフィールドとボトムフィールドに対応した２つの画素ブロックの各画素を垂直方向に交互に合成する処理を、以下フレーム合成という。
【００４９】
以上のステップＳ１からステップＳ６を行うことにより、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装１５では、図１９で示したような、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４で生成した標準解像度画像の画素の位相と同位相の画素から構成される４×４のＤＣＴブロックを生成することができる。
【００５０】
つぎに、フィールドモード用動き補償装置２０８及びフレームモード用動き補償装置２０９について、さらに詳細に説明する。
【００５１】
まず、フィールドモード用動き補償装置２０８が行う補間処理について説明する。このフィールドモード用動き補償装置２０８では、以下に説明するように、高解像度画像の１／２画素精度の動き補償に対応するように、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の画素を補間して、１／４画素精度の画素を生成する。
【００５２】
水平方向の画素に対しては、整数精度の画素をフレームメモリ２０７からとりだして２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【００５３】
垂直方向の画素に対しては、まず、図２１（ａ）に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ２０７から取り出す。
【００５４】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２１（ｂ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、フィールド内で、フレームメモリ２０７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。例えば、この図２１（ｂ）に示すように、垂直方向の位相が７／２の位置にあるトップフィールドの画素は、５／２，９／２の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が４の位置にあるボトムフィールドの画素は、３，５の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。なお、この１／２画素精度の画素の生成は、線形補間フィルタではなく、ハーフバンドフィルタのような２倍補間フィルタを用いても良い。
【００５５】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２１（ｃ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、フィールド内で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの１／２画素精度の画素に基づきトップフィールドの１／４画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの１／２画素精度の画素に基づきボトムフィールドの１／４画素精度の画素を生成する。例えば、この図２１（ｃ）に示すように、垂直方向の位相が９／４の位置にあるトップフィールドの画素は、２，５／２の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が１０／４の位置にあるボトムフィールドの画素は、９／４，１１／４の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【００５６】
なお、２段階で線形補間を行わずに、４倍の線形補間フィルタを用いて整数精度の画素から直接１／４精度の画素を生成しても良い。
【００５７】
つぎに、フレームモード用動き補償装置２０９が行う補間処理について説明する。このフレームモード用動き補償装置２０９では、以下に説明するように、高解像度画像の１／２画素精度の動き補償に対応するように、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の画素を補間して、１／４画素精度の画素を生成する。
【００５８】
水平方向の画素に対しては、上述したフィールドモード用動き補償装置２０８と同様に、整数精度の画素をフレームメモリ２０７からとりだして２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【００５９】
垂直方向の画素に対しては、まず、図２２（ａ）に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ２０７から取り出す。
【００６０】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２２（ｂ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、フィールド内で、フレームメモリ２０７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。例えば、この図２２（ｂ）に示すように、垂直方向の位相が７／２の位置にあるトップフィールドの画素は、５／２，９／２の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が４の位置にあるボトムフィールドの画素は、３，５の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【００６１】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２２（ｃ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、トップフィールドとボトムフィールドの２つのフィールド間で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。例えば、この図２２（ｃ）に示すように、垂直方向の位相が１／４の位置にある画素は、０の位置にあるトップフィールドの画素と、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が３／４の位置にある画素は、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素と１の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【００６２】
以上のような処理を行うフィールドモード用動き補償装置２０８及びフレームモード用動き補償装置２０９のブロック構成を図２３に示す。
【００６３】
フィールドモード用動き補償装置２０８及びフレームモード用動き補償装置２０９は、この図２３に示すように、アドレス生成装置２２２と、入力メモリ２２３と、垂直方向補間処理部２２４と、垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５と、中間メモリ２２６と、水平方向補間処理部２２７と、水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８とを備えている。
【００６４】
アドレス生成部２２２には、動きベクトル情報が入力される。アドレス生成部２２２は、この動きベクトル情報に基づき、補間する画素の垂直方向及び水平方向の位置を示すアドレス情報を生成する。アドレス生成部２２２は、生成したアドレス情報に基づき、標準解像度画像の整数精度の画素をフレームメモリ２０７から取り出し、入力メモリ２２３に送る。
【００６５】
また、アドレス生成部２２２は、入力された動きベクトル情報を垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５及び水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８に送る。
【００６６】
垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５には、フィールドモード用動き補償装置２０８の場合４通りの１次元フィルタ係数がされ、フレームモード用動き補償装置２０９の場合４通りの１次元フィルタ係数が格納されている。これは、本装置では、フィールド動き予測モードの場合には図２１（ｃ）に示したように参照画像に対して位相が０，０．２５，０．５，０．７５となる画素を生成し、１／４画素精度の動き補償を行い、フレーム動き予測モードの場合には図２２（ｃ）に示したように参照画像に対して位相が０，０．２５，０．５，０．７５，１，１．２５，１．５，１．７５となる画素を生成し、１／４画素精度の動き補償を行うためである。
【００６７】
水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８には、フィールドモード用動き補償装置２０８とフレームモード用動き補償装置２０９との違いに拘わらず、４通りの１次元フィルタ係数が格納されている。
【００６８】
垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５及び水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８は、送られた動きベクトル情報に応じたフィルタ係数を垂直方向補間処理部２２４及び水平方向補間処理部２２７に送る。
【００６９】
垂直方向補間処理部２２４は、入力メモリ２２３に格納された整数精度の画素データ（参照画像のマクロブロック）に対して、送られたフィルタ係数を用いて、垂直方向の１次元の画素補間を行う。垂直方向の画素補間が行われた参照画像のマクロブロックは、中間メモリ２２６に格納される。
【００７０】
水平方向補間処理部２２７は、中間メモリ２２６に格納された垂直方向の画素補間が行われた画素データに対して、送られたフィルタ係数を用いて、水平方向の１次元の画素補間を行う。水平方向の画素補間が行われた参照画像のマクロブロックは、動き補償がされた参照画像として加算装置２０６に送られ、縮小逆離散コサイン変換がされた圧縮画像データの加算がされる。
【００７１】
以上のような特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置２００では、水平方向及び垂直方向に対して１／４画素精度で動き補償を行うことにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間で位相ずれが生じず、いわゆるフィールド反転やフィールドミックスを防ぐことができ、動き補償に伴う画質の劣化を防止することができる。
【００７２】
ところで、以上のような特願平１０−２０８３８５号で提案した画像復号装置２００では、以下のような問題があった。
【００７３】
この画像復号装置２００では、動き補償を行う場合、垂直方向の画素補間と水平方向の画素補間とを分けて行っている。そのため、この画像復号装置２００では、中間結果をメモリに格納して再び読み出さなくてはならなく、余分なメモリ領域が必要となってしまい、さらに、メモリへのアクセス量が増え処理時間が増加してしまっていた。
【００７４】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、飛び越し走査画像が有するインタレース性を損なうことなくフィールド直交変換モードとフレーム直交変換モードとによる画素の位相ずれをなくすことが可能な、高解像度画像の圧縮画像データから標準解像度の画像データを復号する画像復号装置及び画像復号方法であって、動き補償の際に簡易な構成で処理を簡略化した画像復号装置及び画像復号方法を提供することを目的とする。
【００７５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像復号装置は、所定の画素ブロック（マクロブロック）単位で動き予測をすることによる予測符号化、及び、所定の画素ブロック（直交変換ブロック）単位で直交変換をすることによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データから、上記第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを復号する画像復号装置であって、飛び越し走査に対応した直交変換方式（フィールド直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第１の逆直交変換手段と、順次走査に対応した直交変換方式（フレーム直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第２の逆直交変換手段と、上記第１の逆直交変換手段又は上記第２の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データと動き補償がされた参照画像データとを加算して、第２の解像度の動画像データを出力する加算手段と、上記加算手段から出力される動画像データを参照画像データとして記憶する記憶手段と、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向及び水平方向に対して１／４画素精度の動き補償をする動き補償手段とを備え、上記第１の逆直交変換手段は、上記直交変換ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、上記第２の逆直交変換手段は、上記直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした直交変換ブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をし、直交変換をした２つの画素ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成して直交変換ブロックを生成し、上記動き補償手段は、飛び越し走査に対応した動き予測方式（フィールド動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフィールド用２次元フィルタ係数群、及び、順次走査に対応した動き予測方式（フレーム動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフレーム用２次元フィルタ係数群を格納するフィルタ格納部を有し、上記第１の逆直交変換手段又は上記第２の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データの動きベクトルに基づき上記フィルタ格納部に格納された所定の２次元フィルタ係数を指定し、指定された２次元フィルタ係数を用いて上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックを補間することを特徴とする。
【００７６】
また、本発明にかかる画像復号装置では、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間を行い、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対してトップフィールドとボトムフィールドとの間で線形補間をする複数のフィルタ係数からなり、上記フィールド用２次元フィルタ係数群は、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間をし、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対して線形補間をする複数のフィルタ係数からなることを特徴とする。
【００７７】
例えば、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、同一のフィルタ係数が共通化されて用いられる。また、上記動き補償手段は、上記フレーム用２次元フィルタ係数群を垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、補間処理を行う。
【００７８】
本発明にかかる画像復号方法は、所定の画素ブロック（マクロブロック）単位で動き予測をすることによる予測符号化、及び、所定の画素ブロック（直交変換ブロック）単位で直交変換をすることによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データから、上記第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを復号する画像復号方法であって、飛び越し走査に対応した直交変換方式（フィールド直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第１の逆直交変換工程と、順次走査に対応した直交変換方式（フレーム直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第２の逆直交変換工程と、上記第１の逆直交変換工程又は上記第２の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データと動き補償がされた参照画像データとを加算して、第２の解像度の動画像データを出力する加算工程と、上記加算工程で出力される動画像データを参照画像データとして記憶する記憶工程と、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向及び水平方向に対して１／４画素精度の動き補償をする動き補償工程とを備え、上記第１の逆直交変換工程では、上記直交変換ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、上記第２の逆直交変換工程では、上記直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした直交変換ブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をし、直交変換をした２つの画素ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成して直交変換ブロックを生成し、上記動き補償工程では、飛び越し走査に対応した動き予測方式（フィールド動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフィールド用２次元フィルタ係数群、及び、順次走査に対応した動き予測方式（フレーム動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフレーム用２次元フィルタ係数群を格納したフィルタ格納部の中から、上記第１の逆直交変換工程又は上記第２の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データの動きベクトルに基づき格納された所定の２次元フィルタ係数を指定し、指定された２次元フィルタ係数を用いて記憶している参照画像データのマクロブロックを補間することを特徴とする。
【００７９】
本発明にかかる画像復号方法では、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間を行い、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対してトップフィールドとボトムフィールドとの間で線形補間をする複数のフィルタ係数からなり、上記フィールド用２次元フィルタ係数群は、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間をし、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対して線形補間をする複数のフィルタ係数からなることを特徴とする。
【００８０】
例えば、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、同一のフィルタ係数が共通化されて用いられる。また、上記動き補償工程では、上記フレーム用２次元フィルタ係数群を垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、補間処理を行う。
【００８１】
以上のような本発明では、１／４画素精度の画素補間をする際に、垂直方向及び水平方向の画素補間を２次元フィルタにより一括して行う。そして、フレーム動き予測モードに用いる複数の２次元フィルタのうち、同一のマトリクスとなるフィルタを共通化してもちいる。さらに、垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、処理を簡略化する。
【００８２】
【発明の実施の形態】
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。
【００８３】
図１に本発明の実施の形態の画像復号装置のブロック構成図を示す。
【００８４】
図１に示す画像復号装置１０は、垂直方向の有効ライン数が例えば１１５２本の高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームが入力され、この入力されたビットストリームを復号するとともに１／２の解像度に縮小して、垂直方向の有効ライン数が例えば５７６本の標準解像度画像を出力する装置である。
【００８５】
この画像復号装置１０は、圧縮された高解像度画像のビットストリームが供給され、このビットストリームを解析するビットストリーム解析装置１１と、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化がされた上記ビットストリームを復号する可変長符号復号装置１２と、ＤＣＴブロックの各係数に量子化ステップを掛ける逆量子化装置１３と、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４と、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１６と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１７と、フレームメモリ１７が記憶した参照画像に動き補償をする動き補償装置１８と、フレームメモリ１７が記憶した画像に対してポストフィルタリングをすることにより、画枠変換をするとともに画素の位相ずれを補正してテレビジョンモニタ等に表示するための標準解像度の画像データを出力する画枠変換・位相ずれ補正装置２０とを備えている。
【００８６】
フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４は、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、図１２で示したような、低域の４×４の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。すなわち、水平方向及び垂直方向の低域の４点の離散コサイン係数に基づき縮小逆離散コサイン変換を行う。このフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４では、以上のような縮小逆離散コサイン変換を行うことにより、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される標準解像度画像を復号することができる。この復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。すなわち、復号された下位レイヤーのトップフィールドでは、先頭画素（位相が１／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が０と２の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が５／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が４と６の画素）の中間位相となる。また、復号された下位レイヤーのボトムフィールドでは、先頭画素（位相が１の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が１と３の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が３の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が５と７の画素）の中間位相となる。
【００８７】
フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５は、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、縮小逆離散コサイン変換を行う。そして、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５では、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される解像度画像を復号するとともに、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４で生成した標準解像度画像の画素の位相と同位相の画像を生成する。すなわち、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５で復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。
【００８８】
なお、このフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５の処理内容は、上述した特願平１０−２０８３８５号で提案した画像復号装置２００のフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５と同一であるので、その詳細は省略する。
【００８９】
加算装置１６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがイントラ画像の場合には、そのイントラ画像をそのままフレームメモリ１７に格納する。また、加算装置１６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがインター画像である場合には、そのインター画像に、動き補償装置１８により動き補償がされた参照画像を合成して、フレームメモリ１７に格納する。
【００９０】
動き補償装置１８は、フレームメモリ１７に記憶されている標準解像度画像の参照画像に対して、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を考慮した形で１／４画素精度で補間処理を行い、フィールド動き予測モードに対応した動き補償をする。この動き補償装置１８により動き補償がされた参照画像は、加算装置１６に供給され、インター画像に合成される。この動き補償装置１８の処理については、その詳細を後述する。
【００９１】
画枠変換・位相ずれ補正装置２０は、フレームメモリ１７が記憶した標準解像度の参照画像或いは加算装置１６が合成した画像が供給され、この画像をポストフィルタリングにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を補正するとともに画枠を標準解像度のテレビジョンの規格に合致するように変換する。すなわち、画枠変換・位相ずれ補正装置２０は、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる標準解像度画像を、例えば、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が０、２、４・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３、５・・・となるように補正する。また、画枠変換・位相ずれ補正装置２０は、高解像度のテレビジョン規格の画枠を、１／４に縮小して標準解像度のテレビジョン規格の画枠に変換する。
【００９２】
画像復号装置１０では、以上のような構成を有することにより、高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームを、復号するとともに解像度を１／２に縮小して、標準解像度画像を出力することができる。
【００９３】
つぎに、動き補償装置１８について、さらに詳細に説明する。
【００９４】
この動き補償装置１８では、以下に説明するように、高解像度画像の１／２画素精度の動き補償に対応するように、フレームメモリ１７に記憶されている標準解像度画像の画素を補間して、１／４画素精度の画素を生成する。
【００９５】
この動き補償装置１８は、垂直方向の画素補間と水平方向の画素補間とを、１つの２次元フィルタ係数を用いて処理を行っている。もっとも、この動き補償装置１８の処理結果生成された画素の位相、すなわち、この動き補償装置１８によりフィルタリングした結果生成された画素の位相は、上述した特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置２００の動き補償装置で処理した結果と同一となる。
【００９６】
すなわち、この動き補償装置１８では、フィールド動き予測モードの場合には、以下のように処理を行う。
【００９７】
水平方向の画素に対しては、整数精度の２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【００９８】
垂直方向の画素に対しては、まず、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ１７から取り出す。
【００９９】
続いて、垂直方向の画素に対して、フィールド内で、フレームメモリ１７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。
【０１００】
続いて、垂直方向の画素に対して、フィールド内で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの１／２画素精度の画素に基づきトップフィールドの１／４画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの１／２画素精度の画素に基づきボトムフィールドの１／４画素精度の画素を生成する。
【０１０１】
以上のようなフィールド動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を図面に表すと、図２に示すようになる。この図２において、●はトップフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、▲はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、■はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。また、○はボトムフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、△はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、□はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。
【０１０２】
動き補償装置１８は、以上のようなフィールド動き予測モードにおける画素補間処理を、１つの２次元補間フィルタを用いて行い、整数精度の画素から直接１／４精度の画素を生成する
また、この動き補償装置１８では、フレーム動き予測モードの場合には、以下のように処理を行う。
【０１０３】
水平方向の画素に対しては、整数精度の画素の２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【０１０４】
垂直方向の画素に対しては、まず、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ１７から取り出す。
【０１０５】
続いて、垂直方向の画素に対して、フィールド内で、フレームメモリ１７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。
【０１０６】
続いて、垂直方向の画素に対して、トップフィールドとボトムフィールドの２つのフィールド間で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。例えば、垂直方向の位相が１／４の位置にある画素は、０の位置にあるトップフィールドの画素と、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が３／４の位置にある画素は、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素と１の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【０１０７】
以上のようなフレーム動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を図面に表すと、図３に示すようになる。この図３において、●はトップフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、▲はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、■はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。また、○はボトムフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、△はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、□はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。
【０１０８】
動き補償装置１８は、以上のようなフレーム動き予測モードにおける画素補間処理を、１つの２次元補間フィルタを用いて行い、整数精度の画素から直接１／４精度の画素を生成する。
【０１０９】
つぎに、動き補償装置１８のブロック構成を図４に示し、この動き補償装置１８の回路構成及び画素補間の為のフィルタリング処理内容について、具体的に説明する。
【０１１０】
動き補償装置１８は、この図４に示すように、アドレス生成装置２１と、入力メモリ２２と、フィルタ係数格納メモリ２３と、２次元補間処理部２４とを備えている。
【０１１１】
アドレス生成部２１には、動きベクトル情報及びモード情報が入力される。モード情報とは、マクロブロックの動き補償のモードがフィールド動き予測モードであるか、フレーム動き予測モードであるかを示す情報である。
【０１１２】
アドレス生成部２１は、この動きベクトル情報に基づき、補間する画素の垂直方向及び水平方向の位置を示すアドレス情報を生成する。アドレス生成部２１は、生成したアドレス情報に基づき、標準解像度画像の整数精度の画素をマクロブロック単位でフレームメモリ１７から取り出し、入力メモリ２２に送る。
【０１１３】
また、アドレス生成部２１は、入力された動きベクトル情報及びモード情報をフィルタ係数格納メモリ２３に送る。
【０１１４】
フィルタ係数格納メモリ２３は、フィールド動き予測モードに対応した複数の２次元フィルタ係数を格納している。図５に、線形フィルタを用いた場合の１６通りの２次元フィルタ係数を示す。図５に示す各フィルタ係数は、垂直方向（Ｖ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５と、水平方向（Ｈ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５との組み合わせの数だけ存在する。すなわち、フィールド動き予測モードに対応した、垂直方向４係数×水平方向４係数の合計１６個のマトリクス係数を格納している。
【０１１５】
また、フィルタ係数格納メモリ２３は、フレーム動き予測モードに対応した複数の２次元フィルタ係数も格納している。ここで、フレーム動き予測モードの場合、垂直方向（Ｖ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５，１，１．２５，１．５，１．７５と、水平方向（Ｈ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５との組み合わせの数だけ、すなわち、垂直方向８係数×水平方向４係数の合計３２個のフィルタ係数が通常であれば存在することとなる。しかしながら、このフィルタ係数格納メモリ２３には、マトリクスが同一となるフィルタ係数は共通化して用い、メモリ容量の効率化を図っている。
【０１１６】
具体的には、以下のように共通化して、フレーム動き予測モードに対応したフィルタ係数の削減を図っている。
【０１１７】
フレーム動き予測モードに対応したフィルタ係数は、図６に示すように、垂直方向の位相が０のトップフィールド、垂直方向の位相が０のボトムフィールド、垂直方向の位相が０．５のトップフィールド、垂直方向の位相が１．５のボトムフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ１）。垂直方向の位相が０．２５のトップフィールド、垂直方向の位相が１．７５のボトムフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ２）。垂直方向の位相が０．５のボトムフィールド、垂直方向の位相が１のトップフィールド、垂直方向の位相が１のボトムフィールド、垂直方向の位相が１．５のトップフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ３）。垂直方向の位相が０．２５のボトムフィールド、垂直方向の位相が０．７５のトップフィールド、垂直方向の位相が１．２５のボトムフィールド、垂直方向の位相が１．７５のトップフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ４）。垂直方向の位相が０．７５のボトムフィールド、垂直方向の位相が１．２５のトップフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ５）。そして、このような同一のフィルタ係数をグループ化して共通化して画素補間に用いる。
【０１１８】
このようにフィルタ係数を共通化して用いることによって、本来であれば、８×４の３２通りのフィルタ係数となるところを、５×４の２０通りのフィルタ係数に縮小している。
【０１１９】
図７に、線形フィルタを用いたフレーム動き予測モード用の２次元フィルタ係数を示す。図７に示す各フィルタ係数は、図６に示したグループ１からグループ５の５個のグループと、水平方向（Ｈ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５との組み合わせの数、すなわち、５グループ×水平方向の４係数＝２０通りの存在する。
【０１２０】
フィルタ係数格納メモリ２３は、送られた動きベクトル情報及びモード情報に応じて、図５に示した１６通りのフィルタ係数、又は、図７に示した２０通りのフィルタ係数のうち、１つのフィルタ係数を２次元補間処理部２４に送る。
【０１２１】
２次元補間処理部２４は、フィールド動き予測モードの場合、送られたフィルタ係数を用いて、以下の式１の内積演算を行いマクロブロックに対して画素補間を行う。
【０１２２】
【数１】
【０１２３】
この式１において、ｃは、図５に示したフィルタ係数（２次元マトリクス）である。ｘは、入力されたマクロブロックの画素データである。
【０１２４】
そして、この式１により内積演算がされた結果（ｙ）が、１／４画素精度で動き補償がされた画素データとして、図１に示す加算装置１６に供給される。
【０１２５】
また、２次元補間処理部２４は、フレーム動き予測モードの場合、送られたフィルタ係数を用いて、以下の式２の内積演算を行いマクロブロックに対して画素補間を行う。
【０１２６】
【数２】
【０１２７】
ここで、グループ１に含まれるフィルタ係数は、入力データのサンプル点に一致するデータを出力する演算を行うものである。グループ２は、異なるフィールドの同一ライン間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。グループ３は、同一のフィールドの２ライン間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。グループ４は、あるフィールドの２ライン間で補間されたデータと他のフィールドの１ラインのデータとの間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。グループ５は、あるフィールドの２ライン間で補間されたデータと、他のフィールドの２ライン間で補間されたデータとの間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。
【０１２８】
ところで、フレーム動き予測モードにおいて、フィールド動き予測モードと同様に式１を用いて内積演算を行うことも可能であるが、上記式２に示すように演算を行うことにより、垂直方向の係数の対象性や０係数の並びによるグループ化して、乗算の数を少なくすることができる。この式２に示す内積演算式は、予め垂直方向に必要なライン数を加算し、水平方向のみに乗算を行い内積演算を行う。
【０１２９】
このことにより、グループ２とグループ３とは、２ラインが０係数なので、垂直方向の２ラインの加算のみを行えばよい。このグループ２とグループ３は、演算するラインが異なるが、アドレス生成回路２１が演算するラインを指定することにより、同一のフィルタ係数を用いることができる。また、グループ４は、第１ラインと第３ラインが第２ラインの１／２の係数となっており、この対象性を利用して、２×ｃ×ｘという演算を、ｃ×（ｘ＋ｘ）というように分解して演算することが可能である。すなわち、垂直方向の係数の加算結果は、グループ４とグループ５とで同一となる。このように分解することにより、グループ４とグループ５とで同一のフィルタ係数を用いることができる。
【０１３０】
以上のように本発明の実施の形態の画像復号装置１０では、水平方向及び垂直方向に対して１／４画素精度で動き補償を行うことにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間で位相ずれが生じず、いわゆるフィールド反転やフィールドミックスを防ぐことができ、動き補償に伴う画質の劣化を防止することができる。
【０１３１】
さらに、この画像復号装置１０では、１／４画素精度の動き補償の際に２次元のフィルタ演算をするので、中間結果を格納するためのメモリを削減することができる。また、この画像復号装置１０では、１／４画素精度の動き補償の際にメモリへのアクセス量を減らすことができ、処理時間が短縮する。また、この画像復号装置１０では、フレーム動き予測モードの際のフィルタ係数をグループ化することにより、フレーム予測の際のコードサイズを最小限に抑え、キャッシュミス等を防止することができる。
【０１３２】
なお、本発明の実施の形態の画像復号装置１０では、動き補償を２次元の線形補間フィルタを用いて行った例を示したが、例えば、フィルタのタップ数を増やしたハーフバンドフィルタ等の他のフィルタを用いてもよい。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明にかかる画像復号装置及び画像復号方法では、フレーム直交変換モードにより直交変換がされた直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をして飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をして低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成する。また、本発明では、記憶している参照画像データのマクロブロックの各画素に対して補間をして、１／４画素精度の画素から構成されるマクロブロックを生成する。そして、この画像復号方法では、第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを出力する。
【０１３４】
このことにより、本発明では、復号に必要な演算量及び記憶容量を少なくすることができ、フィールド動き予測モードとフレーム動き予測モードとによる動き補償の際の画素の位相ずれをなくし、動き補償に起因する画質の劣化を防止することができる。
【０１３５】
さらに本発明では、１／４画素精度の画素補間をする際に、垂直方向及び水平方向の画素補間を２次元フィルタにより一括して行う。そして、フレーム動き予測モードに用いる複数の２次元フィルタのうち、同一のマトリクスとなるフィルタを共通化してもちいる。さらに、垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、処理を簡略化する。
【０１３６】
このことにより、本発明では、１／４画素精度の動き補償の際の中間結果を格納するためのメモリを削減することができる。また、本発明では、１／４画素精度の動き補償の際にメモリへのアクセス量を減らすことができ、処理時間が短縮する。また、本発明では、フレーム予測の際のコードサイズを最小限に抑え、キャッシュミス等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の画像復号装置のブロック図である。
【図２】フィールド動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を説明するための図である。
【図３】フィールド動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を説明するための図である。
【図４】上記画像復号装置の動き補償装置のブロック図である。
【図５】フィールド動き予測モードに対応した２次元フィルタ係数の一例を示す図である。
【図６】フレーム動き予測モードに対応した２次元フィルタ係数のグループ分けを説明するための図である。
【図７】フレーム動き予測モードに対応した２次元フィルタ係数の一例を示す図である。
【図８】従来の第１のダウンデコーダを示すブロック図である。
【図９】従来の第２のダウンデコーダを示すブロック図である。
【図１０】従来の第３のダウンデコーダを示すブロック図である。
【図１１】従来の画像復号装置のブロック図である。
【図１２】上記従来の画像復号装置のフィールドＤＣＴモードにおける縮小逆離散コサイン変換処理を説明するための図である。
【図１３】上記従来の画像復号装置のフィールドＤＣＴモードにおける縮小逆離散コサイン変換処理を説明するための図である。
【図１４】上記従来の画像復号装置のフィールド動き予測モードにおける線形補間処理を説明するための図である。
【図１５】上記従来の画像復号装置のフレーム動き予測モードにおける線形補間処理を説明するための図である。
【図１６】上記従来の画像復号装置のフィールドＤＣＴモードの結果得られる画素の位相を説明するための図である。
【図１７】上記従来の画像復号装置のフレームＤＣＴモードの結果得られる画素の位相を説明するための図である。
【図１８】特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のブロック図である。
【図１９】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフレームメモリに格納される参照画像の垂直方向の画素の位相を説明するための図である。
【図２０】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置の１ブロック処理の内容を説明するための図である。
【図２１】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフィールド動き予測モードの際の１／４画素補間処理を説明するための図である。
【図２２】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフレーム動き予測モードの際の１／４画素補間処理を説明するための図である。
【図２３】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置の動き補償装置の部ルック図である。
【符号の説明】
１０ 画像復号装置、１４ 縮小逆離散コサイン変換装置、１５ フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置、１７ フレームメモリ、１８ 動き補償装置、２１ アドレス生成部、２２ 入力メモリ、２３ フィルタ係数格納メモリ、２４ ２次元補間処理部
【発明の属する技術分野】
本発明は、８×８画素からなる直交変換ブロック単位で直交変換することによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データを復号する画像復号装置及び画像復号方法に関し、特に、第１の解像度の圧縮画像データを復号して、この第１の解像度よりも低い第２の解像度の動画像データに縮小する画像復号装置及び画像復号方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ２（Moving Picture Experts Group phase2）等の画像圧縮方式を用いたデジタルテレビジョン放送の規格化が進められている。デジタルテレビジョン放送の規格には、標準解像度画像（例えば垂直方向の有効ライン数が５７６本）に対応した規格、高解像度画像（例えば垂直方向の有効ライン数が１１５２本）に対応した規格等がある。そのため、近年、高解像度画像の圧縮画像データを復号するとともにこの圧縮画像データを１／２の解像度に縮小することにより、標準解像度画像の画像データを生成して、この画像データを標準解像度に対応したテレビジョンモニタに表示するダウンデコーダが求められている。
【０００３】
高解像度画像に対して動き予測による予測符号化及び離散コサイン変換による圧縮符号化をしたＭＰＥＧ２等のビットストリームを、復号するとともに標準解像度画像にダウンサンプリングするダウンデコーダが、文献「低域ドリフトのないスケーラブル・デコーダ」（岩橋・神林・貴家：信学技報 CS94-186,DSP94-108,1995-01）に提案されている（以下、この文献を文献１と呼ぶ。）。この文献１には、以下の第１から第３のダウンデコーダが示されている。
【０００４】
第１のダウンデコーダは、図８に示すように、高解像度画像のビットストリームに対して８（水平方向のＤＣ成分から数えた係数の数）×８（垂直方向のＤＣ成分から数えた係数の数）の逆離散コサイン変換をする逆離散コサイン変換装置１０１と、離散コサイン変換がされた高解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１０２と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１０３と、フレームメモリ１０３が記憶した参照画像に１／２画素精度で動き補償をする動き補償装置１０４と、フレームメモリ１０３が記憶した参照画像を標準解像度の画像に変換するダウンサンプリング装置１０５とを備えている。
【０００５】
この第１のダウンデコーダでは、逆離散コサイン変換を行い高解像度画像として復号した出力画像を、ダウンサンプリング装置１０５で縮小して標準解像度の画像データを出力する。
【０００６】
第２のダウンデコーダは、図９に示すように、高解像度画像のビットストリームのＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）ブロックの高周波成分の係数を０に置き換えて８×８の逆離散コサイン変換をする逆離散コサイン変換装置１１１と、離散コサイン変換がされた高解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１１２と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１１３と、フレームメモリ１１３が記憶した参照画像に１／２画素精度で動き補償をする動き補償装置１１４と、フレームメモリ１１３が記憶した参照画像を標準解像度の画像に変換するダウンサンプリング装置１１５とを備えている。
【０００７】
この第２のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロックの全ての係数のうち高周波成分の係数を０に置き換えて逆離散コサイン変換を行い高解像度画像として復号した出力画像を、ダウンサンプリング装置１０５で縮小して標準解像度の画像データを出力する。
【０００８】
第３のダウンデコーダは、図１０に示すように、高解像度画像のビットストリームのＤＣＴブロックの低周波成分の係数のみを用いて例えば４×４の逆離散コサイン変換をして標準解像度画像に復号する縮小逆離散コサイン変換装置１２１と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１２２と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１２３と、フレームメモリ１２３が記憶した参照画像に１／４画素精度で動き補償をする動き補償装置１２４とを備えている。
【０００９】
この第３のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロックの全ての係数のうち低周波成分の係数のみを用いて逆離散コサイン変換を行い、高解像度画像から標準解像度画像として復号する。
【００１０】
ここで、上記第１のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロック内の全ての係数に対して逆離散コサイン変換を行い高解像度画像を復号しているため、高い演算処理能力の逆離散コサイン変換装置１０１と高容量のフレームメモリ１０３とが必要となる。また、上記第２のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロック内の係数のうち高周波成分を０として離散コサイン変換を行い高解像度画像を復号しているため、逆離散コサイン変換装置１１１の演算処理能力は低くて良いが、やはり高容量のフレームメモリ１１３が必要となる。これら第１及び第２のダウンデコーダに対し、第３のダウンデコーダでは、ＤＣＴブロック内の全ての係数うち低周波成分の係数のみを用いて逆離散コサイン変換をしているため逆離散コサイン変換装置１２１の演算処理能力が低くてよく、さらに、標準解像度画像の参照画像を復号しているのでフレームメモリ１２３の容量も少なくすることができる。
【００１１】
ところで、テレビジョン放送等の動画像の表示方式には、順次走査方式と飛び越し走査方式とがある。順次走査方式は、フレーム内の全ての画素を同じタイミングでサンプリングした画像を、順次表示する表示方式である。飛び越し走査方式は、フレーム内の画素を水平方向の１ライン毎に異なるタイミングでサンプリングした画像を、交互に表示する表示方式である。
【００１２】
この飛び越し走査方式では、フレーム内の画素を１ライン毎に異なるタイミングでサンプリングした画像のうちの一方を、トップフィールド（第１フィールドともいう。）といい、他方をボトムフィールド（第２のフィールドともいう。）という。フレームの水平方向の先頭ラインが含まれる画像がトップフィールドとなり、フレームの水平方向の２番目のラインが含まれる画像がボトムフィールドとなる。従って、飛び越し走査方式では、１つのフレームが２つのフィールドから構成されることとなる。
【００１３】
ＭＥＰＧ２では、飛び越し走査方式に対応した動画像信号を効率良く圧縮するため、画面の圧縮単位であるピクチャにフレームを割り当てて符号化するだけでなく、ピクチャにフィールドを割り当てて符号化することもできる。
【００１４】
ＭＰＥＧ２では、ピクチャにフィールドが割り当てられた場合には、そのビットストリームの構造をフィールド構造と呼び、ピクチャにフレームが割り当てられた場合には、そのビットストリームの構造をフレーム構造と呼ぶ。また、フィールド構造では、フィールド内の画素からＤＣＴブロックが形成され、フィールド単位で離散コサイン変換がされる。このフィールド単位で離散コサイン変換を行う処理モードのことをフィールドＤＣＴモードと呼ぶ。また、フレーム構造では、フレーム内の画素からＤＣＴブロックが形成され、フレーム単位で離散コサイン変換がされる。このフレーム単位で離散コサイン変換を行う処理モードのことをフレームＤＣＴモードと呼ぶ。さらに、フィールド構造では、フィールド内の画素からマクロブロックが形成され、フィールド単位で動き予測がされる。このフィールド単位で動き予測を行う処理モードのことをフィールド動き予測モードと呼ぶ。また、フレーム構造では、フレーム内の画素からマクロブロックが形成され、フレーム単位で動き予測がされる。フレーム単位で動き予測を行う処理モードのことをフレーム動き予測モードと呼ぶ。
【００１５】
ところで、上記文献１に示された第３のダウンデコーダを利用して、飛び越し走査方式に対応した圧縮画像データを復号する画像復号装置が、例えば文献「A Compensation Method of Drift Errors in Scalability」（N.OBIKANE,K.TAHARA and J.YONEMITSU,HDTV Work Shop'93）に提案されている（以下、この文献を文献２と呼ぶ）。
【００１６】
この文献２に示された従来の画像復号装置は、図１１に示すように、高解像度画像をＭＰＥＧ２で圧縮したビットストリームが供給され、このビットストリームを解析するビットストリーム解析装置１３１と、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化がされたビットストリームを復号する可変長符号復号装置１３２と、ＤＣＴブロックの各係数に量子化ステップを掛ける逆量子化装置２０３３と、ＤＣＴブロックの全ての係数のうち低周波成分の係数のみを用いて例えば４×４の逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を復号する縮小逆離散コサイン変換装置１３４と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１３５と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１３６と、フレームメモリ１３６が記憶した参照画像に１／４画素精度で動き補償をする動き補償装置１３７とを備えている。
【００１７】
この文献２に示された従来の画像復号装置の縮小逆離散コサイン変換装置１３４は、ＤＣＴブロック内の全ての係数のうち低周波成分の係数のみを用いて逆離散コサイン変換をするが、フレームＤＣＴモードとフィールドＤＣＴモードとで、逆離散コサイン変換を行う係数の位置が異なっている。
【００１８】
具体的には、縮小逆離散コサイン変換装置１３４は、フィールドＤＣＴモードの場合には、図１２に示すように、ＤＣＴブロック内の８×８個のうち、低域の４×４個の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。それに対し、縮小逆離散コサイン変換装置１３４は、フレームＤＣＴモードの場合には、図１３に示すように、ＤＣＴブロック内の８×８個の係数のうち、４×２個＋４×２個の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。
【００１９】
また、この文献２に示された従来の画像復号装置の動き補償装置１３７は、 高解像度画像に対して行われた動き予測の情報（動きベクトル）に基づき、フィールド動き予測モード及びフレーム動き予測モードのそれぞれに対応した１／４画素精度の動き補償を行う。すなわち、通常ＭＰＥＧ２では１／２画素精度で動き補償が行われることが定められているが、高解像度画像から標準解像度画像を復号する場合には、ピクチャ内の画素数が１／２に間引かれるため、動き補償装置１３７では動き補償の画素精度を１／４画素精度として動き補償を行っている。
【００２０】
従って、動き補償装置１３７では、高解像度画像に対応した動き補償を行うため、標準解像度の画像としてフレームメモリ１３６に格納された参照画像の画素に対して線形補間して、１／４画素精度の画素を生成している。
【００２１】
具体的に、フィールド動き予測モード及びフレーム動き予測モードの場合の垂直方向の画素の線形補間処理を、図１４及び図１５を用いて説明する。なお、図面中には、縦方向に垂直方向の画素の位相を示し、表示画像の各画素が位置する位相を整数で示している。
【００２２】
まず、フィールド動き予測モードで動き予測がされた画像の補間処理について、図１４を用いて説明する。高解像度画像（上位レイヤー）に対しては、図１４（ａ）に示すように、各フィールドそれぞれ独立に、１／２画素精度で動き補償がされる。これに対し、標準解像度画像（下位レイヤー）に対しては、図１４（ｂ）に示すように、整数精度の画素に基づきフィールド内で線形補間をして、垂直方向に１／４画素、１／２画素、３／４画素分の位相がずれた画素を生成し、動き補償がされる。すなわち、標準解像度画像（下位レイヤー）では、トップフィールドの整数精度の各画素に基づきトップフィールドの１／４画素精度の各画素が線形補間により生成され、ボトムフィールドの整数精度の各画素に基づきボトムフィールドの１／４画素精度の各画素が線形補間により生成される。例えば、垂直方向の位相が０の位置にあるトップフィールドの画素の値をａ、垂直方向の位相が１の位置にあるトップフィールドの画素の値をｂとする。この場合、垂直方向の位相が１／４の位置にあるトップフィールドの画素は（３ａ＋ｂ）／４となり、垂直方向の位相が１／２の位置にあるトップフィールドの画素は（ａ＋ｂ）／２となり、垂直方向の位相が３／４の位置にあるトップフィールドの画素は（ａ＋３ｂ）／４となる。
【００２３】
続いて、フレーム動き予測モードで動き予測がされた画像の補間処理について、図１５を用いて説明する。高解像度画像（上位レイヤー）に対しては、図１５（ａ）に示すように、各フィールド間で補間処理がされ、すなわち、ボトムフィールドとトップフィールドとの間で補間処理がされ、１／２画素精度で動き補償がされる。標準解像度画像（下位レイヤー）に対しては、図１５（ｂ）に示すように、トップフィールド及びボトムフィールドの２つのフィールドの整数精度の各画素に基づき、垂直方向に１／４画素、１／２画素、３／４画素分の位相がずれた画素が線形補間により生成され、動き補償がされる。例えば、垂直方向の位相が−１の位置にあるボトムフィールドの画素の値をａ、垂直方向の位相が０の位置にあるトップフィールドの画素の値をｂ、垂直方向の位相が１の位置にあるボトムフィールドの画素の値をｃ、垂直方向の位相が２の位置にあるトップフィールドの画素の値をｄ、垂直方向の位相が３の位置にあるボトムフィールドの画素の値をｅとする。この場合、垂直方向の位相が０〜２の間にある１／４画素精度の各画素は、以下のように求められる。
【００２４】
垂直方向の位相が１／４の位置にある画素は（ａ＋４ｂ＋３ｃ）／８となる。垂直方向の位相が１／２の位置にある画素は（ａ＋３ｃ）／４となる。垂直方向の位相が３／４の位置にある画素は（ａ＋２ｂ＋３ｃ＋２ｄ）／８となる。垂直方向の位相が５／４の位置にある画素は（２ｂ＋３ｃ＋２ｄ＋ｅ）／８となる。垂直方向の位相が３／２の位置にある画素は（３ｃ＋ｅ）／４となる。垂直方向の位相が７／４の位置にある画素は（３ｃ＋４ｄ＋ｅ）／８となる。
【００２５】
以上のように上記文献２に示された従来の画像復号装置は、飛び越し走査方式に対応した高解像度画像の圧縮画像データを、標準解像度画像データに復号することができる。
【００２６】
しかしながら、上記文献２に示された従来の画像復号装置では、フィールドＤＣＴモードで得られる標準解像度画像の各画素と、フレームＤＣＴモードで得られる標準解像度の各画素との位相がずれる。具体的には、フィールドＤＣＴモードでは、図１６に示すように、下位レイヤーのトップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、下位レイヤーのボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。それに対して、フレームＤＣＴモードでは、図１７に示すように、下位レイヤーのトップフィールドの各画素の垂直方向の位相が０、２・・・となり、下位レイヤーのボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。そのため、位相が異なる画像がフレームメモリ１３６に混在し、出力する画像の画質が劣化する。
【００２７】
また、上記文献２に示された従来の画像復号装置では、フィールド動き予測モードとフレーム動き予測モードとで位相ずれの補正がされていない。そのため、出力する画像の画質が劣化する。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題を解決するための画像復号装置が、特願平１０−２０８３８５号により提案されている。
【００２９】
つぎに、特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置について説明する。
【００３０】
図１８に示す特願平１０−２０８３８５号で提案した画像復号装置２００は、垂直方向の有効ライン数が例えば１１５２本の高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームが入力され、この入力されたビットストリームを復号するとともに１／２の解像度に縮小して、垂直方向の有効ライン数が例えば５７６本の標準解像度画像を出力する装置である。
【００３１】
なお、以下、高解像度画像のことを上位レイヤーとも呼び、標準解像度画像のことを下位レイヤーとも呼ぶものとする。また、通常、８×８の離散コサイン係数を有するＤＣＴブロックを逆離散コサイン変換した場合８×８の画素から構成される復号データを得ることができるが、例えば、８×８の離散コサイン係数を復号して４×４の画素から構成される復号データを得るような、逆離散コサイン変換をするとともに解像度を縮小する処理を、縮小逆離散コサイン変換という。
【００３２】
この画像復号装置２００は、圧縮された高解像度画像のビットストリームが供給され、このビットストリームを解析するビットストリーム解析装置２０１と、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化がされた上記ビットストリームを復号する可変長符号復号装置２０２と、ＤＣＴブロックの各係数に量子化ステップを掛ける逆量子化装置２０３と、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４と、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置２０６と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ２０７と、フレームメモリ２０７が記憶した参照画像にフィールド動き予測モードに対応した動き補償をするフィールドモード用動き補償装置２０８と、フレームメモリ２０７が記憶した参照画像にフレーム動き予測モードに対応した動き補償をするフレームモード用動き補償装置２０９と、フレームメモリ２０７が記憶した画像に対してポストフィルタリングをすることにより、画枠変換をするとともに画素の位相ずれを補正してテレビジョンモニタ等に表示するための標準解像度の画像データを出力する画枠変換・位相ずれ補正装置２１０とを備えている。
【００３３】
フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４は、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、図１２で示したような、低域の４×４の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。すなわち、水平方向及び垂直方向の低域の４点の離散コサイン係数に基づき縮小逆離散コサイン変換を行う。このフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４では、以上のような縮小逆離散コサイン変換を行うことにより、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される標準解像度画像を復号することができる。この復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。すなわち、復号された下位レイヤーのトップフィールドでは、先頭画素（位相が１／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が０と２の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が５／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が４と６の画素）の中間位相となる。また、復号された下位レイヤーのボトムフィールドでは、先頭画素（位相が１の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が１と３の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が３の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が５と７の画素）の中間位相となる。
【００３４】
フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５は、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、縮小逆離散コサイン変換を行う。そして、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５では、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される解像度画像を復号するとともに、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４で生成した標準解像度画像の画素の位相と同位相の画像を生成する。すなわち、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５で復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。
【００３５】
なお、このフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５の処理については、その詳細を後述する。
【００３６】
加算装置２０６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがイントラ画像の場合には、そのイントラ画像をそのままフレームメモリ２０７に格納する。また、加算装置２０６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがインター画像である場合には、そのインター画像に、フィールドモード用動き補償装置２０８或いはフレームモード用動き補償装置２０９により動き補償がされた参照画像を合成して、フレームメモリ２０７に格納する。
【００３７】
フィールドモード用動き補償装置２０８は、マクロブロックの動き予測モードがフィールド動き予測モードの場合に用いられる。フィールドモード用動き補償装置２０８は、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の参照画像に対して、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を考慮した形で１／４画素精度で補間処理を行い、フィールド動き予測モードに対応した動き補償をする。このフィールドモード用動き補償装置２０８により動き補償がされた参照画像は、加算装置２０６に供給され、インター画像に合成される。
【００３８】
フレームモード用動き補償装置２０９は、マクロブロックの動き予測モードがフレーム動き予測モードの場合に用いられる。フレームモード用動き補償装置２０９は、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の参照画像に対して、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を考慮した形で１／４画素精度で補間処理を行い、フレーム動き予測モードに対応した動き補償をする。このフレームモード用動き補償装置２０９により動き補償がされた参照画像は、加算装置２０６に供給され、インター画像に合成される。
【００３９】
画枠変換・位相ずれ補正装置２１０は、フレームメモリ２０７が記憶した標準解像度の参照画像或いは加算装置２０６が合成した画像が供給され、この画像をポストフィルタリングにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を補正するとともに画枠を標準解像度のテレビジョンの規格に合致するように変換する。すなわち、画枠変換・位相ずれ補正装置２１０は、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる標準解像度画像を、例えば、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が０、２、４・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３、５・・・となるように補正する。また、画枠変換・位相ずれ補正装置２１０は、高解像度のテレビジョン規格の画枠を、１／４に縮小して標準解像度のテレビジョン規格の画枠に変換する。
【００４０】
特願平１０−２０８３８５で提案した画像復号装置２００では、以上のような構成を有することにより、高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームを、復号するとともに解像度を１／２に縮小して、標準解像度画像を出力することができる。
【００４１】
つぎに、上記フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５の処理内容について、さらに詳細に説明する。
【００４２】
フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５には、図２０に示すように、高解像度画像を圧縮符号化したビットストリームが、１つのＤＣＴブロック単位で入力される。
【００４３】
まず、ステップＳ１において、この１つのＤＣＴブロックの離散コサイン係数ｙ（ＤＣＴブロックの全ての離散コサイン係数のうち垂直方向の係数をｙ1〜ｙ8として図中に示す。）に対して、８×８の逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ８×８）を行う。逆離散コサイン変換をすることにより、８×８の復号された画素データｘ（ＤＣＴブロックの全ての画素データのうち垂直方向の画素データをｘ1〜ｘ8として図中に示す。）を得ることができる。
【００４４】
続いて、ステップＳ２において、この８×８の画素データｘを、垂直方向に１ライン毎交互に取り出して、飛び越し走査に対応した４×４のトップフィールドの画素ブロックと、飛び越し走査に対応した４×４のボトムフィールドの画素ブロックの２つの画素ブロックに分離する。すなわち、垂直方向に１ライン目の画素データｘ1と、３ライン目の画素データｘ3と、５ライン目の画素データｘ5と、７ライン目の画素データｘ7とを取り出して、トップフィールドに対応した画素ブロックを生成する。また、垂直方向に２ライン目の画素データｘ2と、４ライン目の画素データｘ4と、６ライン目の画素データｘ6と、８ライン目の画素データｘ8とを取り出して、ボトムフィールドに対応した画素ブロックを生成する。なお、ＤＣＴブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離する処理を、以下フィールド分離という。
【００４５】
続いて、ステップＳ３において、フィールド分離した２つの画素ブロックそれぞれに対して４×４の離散コサイン変換（ＤＣＴ４×４）をする。
【００４６】
続いて、ステップＳ４において、４×４の離散コサイン変換をして得られたトップフィールドに対応する画素ブロックの離散コサイン係数ｚ（トップフィールドに対応する画素ブロックの全ての係数のうち垂直方向の離散コサイン係数をｚ1，ｚ3，ｚ5，ｚ7として図中に示す。）の高域成分を間引き、２×２の離散コサイン係数から構成される画素ブロックとする。また、４×４の離散コサイン変換をして得られたボトムフィールドに対応する画素ブロックの離散コサイン係数ｚ（ボトムフィールドに対応する画素ブロックの全ての係数のうち垂直方向の離散コサイン係数をｚ2，ｚ4，ｚ6，ｚ8として図中に示す。）の高域成分を間引き、２×２の離散コサイン係数から構成される画素ブロックとする。
【００４７】
続いて、ステップＳ５において、高域成分の離散コサイン係数を間引いた画素ブロックに対して、２×２の逆離散コサイン変換（ＩＤＣＴ２×２）を行う。２×２の逆離散コサイン変換をすることにより、２×２の復号された画素データｘ′（トップフィールドの画素ブロックの全ての画素データのうち垂直方向の画素データをｘ′1，ｘ′3として図中に示し、また、ボトムフィールドに対応する画素ブロックの全ての画素データのうち垂直方向の画素データをｘ′2，ｘ′4として図中に示す。）を得ることができる。
【００４８】
続いて、ステップＳ６において、トップフィールドに対応する画素ブロックの画素データと、ボトムフィールドに対応する画素ブロックの画素データとを、垂直方向に１ラインずつ交互に合成して、４×４の画素データから構成される縮小逆離散コサイン変換をしたＤＣＴブロックを生成する。なお、トップフィールドとボトムフィールドに対応した２つの画素ブロックの各画素を垂直方向に交互に合成する処理を、以下フレーム合成という。
【００４９】
以上のステップＳ１からステップＳ６を行うことにより、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装１５では、図１９で示したような、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０４で生成した標準解像度画像の画素の位相と同位相の画素から構成される４×４のＤＣＴブロックを生成することができる。
【００５０】
つぎに、フィールドモード用動き補償装置２０８及びフレームモード用動き補償装置２０９について、さらに詳細に説明する。
【００５１】
まず、フィールドモード用動き補償装置２０８が行う補間処理について説明する。このフィールドモード用動き補償装置２０８では、以下に説明するように、高解像度画像の１／２画素精度の動き補償に対応するように、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の画素を補間して、１／４画素精度の画素を生成する。
【００５２】
水平方向の画素に対しては、整数精度の画素をフレームメモリ２０７からとりだして２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【００５３】
垂直方向の画素に対しては、まず、図２１（ａ）に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ２０７から取り出す。
【００５４】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２１（ｂ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、フィールド内で、フレームメモリ２０７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。例えば、この図２１（ｂ）に示すように、垂直方向の位相が７／２の位置にあるトップフィールドの画素は、５／２，９／２の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が４の位置にあるボトムフィールドの画素は、３，５の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。なお、この１／２画素精度の画素の生成は、線形補間フィルタではなく、ハーフバンドフィルタのような２倍補間フィルタを用いても良い。
【００５５】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２１（ｃ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、フィールド内で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの１／２画素精度の画素に基づきトップフィールドの１／４画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの１／２画素精度の画素に基づきボトムフィールドの１／４画素精度の画素を生成する。例えば、この図２１（ｃ）に示すように、垂直方向の位相が９／４の位置にあるトップフィールドの画素は、２，５／２の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が１０／４の位置にあるボトムフィールドの画素は、９／４，１１／４の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【００５６】
なお、２段階で線形補間を行わずに、４倍の線形補間フィルタを用いて整数精度の画素から直接１／４精度の画素を生成しても良い。
【００５７】
つぎに、フレームモード用動き補償装置２０９が行う補間処理について説明する。このフレームモード用動き補償装置２０９では、以下に説明するように、高解像度画像の１／２画素精度の動き補償に対応するように、フレームメモリ２０７に記憶されている標準解像度画像の画素を補間して、１／４画素精度の画素を生成する。
【００５８】
水平方向の画素に対しては、上述したフィールドモード用動き補償装置２０８と同様に、整数精度の画素をフレームメモリ２０７からとりだして２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【００５９】
垂直方向の画素に対しては、まず、図２２（ａ）に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ２０７から取り出す。
【００６０】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２２（ｂ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、フィールド内で、フレームメモリ２０７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。例えば、この図２２（ｂ）に示すように、垂直方向の位相が７／２の位置にあるトップフィールドの画素は、５／２，９／２の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が４の位置にあるボトムフィールドの画素は、３，５の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【００６１】
続いて、垂直方向の画素に対しては、図２２（ｃ）に示すように、線形補間フィルタを用いて、トップフィールドとボトムフィールドの２つのフィールド間で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。例えば、この図２２（ｃ）に示すように、垂直方向の位相が１／４の位置にある画素は、０の位置にあるトップフィールドの画素と、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が３／４の位置にある画素は、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素と１の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【００６２】
以上のような処理を行うフィールドモード用動き補償装置２０８及びフレームモード用動き補償装置２０９のブロック構成を図２３に示す。
【００６３】
フィールドモード用動き補償装置２０８及びフレームモード用動き補償装置２０９は、この図２３に示すように、アドレス生成装置２２２と、入力メモリ２２３と、垂直方向補間処理部２２４と、垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５と、中間メモリ２２６と、水平方向補間処理部２２７と、水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８とを備えている。
【００６４】
アドレス生成部２２２には、動きベクトル情報が入力される。アドレス生成部２２２は、この動きベクトル情報に基づき、補間する画素の垂直方向及び水平方向の位置を示すアドレス情報を生成する。アドレス生成部２２２は、生成したアドレス情報に基づき、標準解像度画像の整数精度の画素をフレームメモリ２０７から取り出し、入力メモリ２２３に送る。
【００６５】
また、アドレス生成部２２２は、入力された動きベクトル情報を垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５及び水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８に送る。
【００６６】
垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５には、フィールドモード用動き補償装置２０８の場合４通りの１次元フィルタ係数がされ、フレームモード用動き補償装置２０９の場合４通りの１次元フィルタ係数が格納されている。これは、本装置では、フィールド動き予測モードの場合には図２１（ｃ）に示したように参照画像に対して位相が０，０．２５，０．５，０．７５となる画素を生成し、１／４画素精度の動き補償を行い、フレーム動き予測モードの場合には図２２（ｃ）に示したように参照画像に対して位相が０，０．２５，０．５，０．７５，１，１．２５，１．５，１．７５となる画素を生成し、１／４画素精度の動き補償を行うためである。
【００６７】
水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８には、フィールドモード用動き補償装置２０８とフレームモード用動き補償装置２０９との違いに拘わらず、４通りの１次元フィルタ係数が格納されている。
【００６８】
垂直方向フィルタ係数格納メモリ２２５及び水平方向フィルタ係数格納メモリ２２８は、送られた動きベクトル情報に応じたフィルタ係数を垂直方向補間処理部２２４及び水平方向補間処理部２２７に送る。
【００６９】
垂直方向補間処理部２２４は、入力メモリ２２３に格納された整数精度の画素データ（参照画像のマクロブロック）に対して、送られたフィルタ係数を用いて、垂直方向の１次元の画素補間を行う。垂直方向の画素補間が行われた参照画像のマクロブロックは、中間メモリ２２６に格納される。
【００７０】
水平方向補間処理部２２７は、中間メモリ２２６に格納された垂直方向の画素補間が行われた画素データに対して、送られたフィルタ係数を用いて、水平方向の１次元の画素補間を行う。水平方向の画素補間が行われた参照画像のマクロブロックは、動き補償がされた参照画像として加算装置２０６に送られ、縮小逆離散コサイン変換がされた圧縮画像データの加算がされる。
【００７１】
以上のような特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置２００では、水平方向及び垂直方向に対して１／４画素精度で動き補償を行うことにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間で位相ずれが生じず、いわゆるフィールド反転やフィールドミックスを防ぐことができ、動き補償に伴う画質の劣化を防止することができる。
【００７２】
ところで、以上のような特願平１０−２０８３８５号で提案した画像復号装置２００では、以下のような問題があった。
【００７３】
この画像復号装置２００では、動き補償を行う場合、垂直方向の画素補間と水平方向の画素補間とを分けて行っている。そのため、この画像復号装置２００では、中間結果をメモリに格納して再び読み出さなくてはならなく、余分なメモリ領域が必要となってしまい、さらに、メモリへのアクセス量が増え処理時間が増加してしまっていた。
【００７４】
本発明は、このような実情を鑑みてなされたものであり、飛び越し走査画像が有するインタレース性を損なうことなくフィールド直交変換モードとフレーム直交変換モードとによる画素の位相ずれをなくすことが可能な、高解像度画像の圧縮画像データから標準解像度の画像データを復号する画像復号装置及び画像復号方法であって、動き補償の際に簡易な構成で処理を簡略化した画像復号装置及び画像復号方法を提供することを目的とする。
【００７５】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる画像復号装置は、所定の画素ブロック（マクロブロック）単位で動き予測をすることによる予測符号化、及び、所定の画素ブロック（直交変換ブロック）単位で直交変換をすることによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データから、上記第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを復号する画像復号装置であって、飛び越し走査に対応した直交変換方式（フィールド直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第１の逆直交変換手段と、順次走査に対応した直交変換方式（フレーム直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第２の逆直交変換手段と、上記第１の逆直交変換手段又は上記第２の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データと動き補償がされた参照画像データとを加算して、第２の解像度の動画像データを出力する加算手段と、上記加算手段から出力される動画像データを参照画像データとして記憶する記憶手段と、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向及び水平方向に対して１／４画素精度の動き補償をする動き補償手段とを備え、上記第１の逆直交変換手段は、上記直交変換ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、上記第２の逆直交変換手段は、上記直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした直交変換ブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をし、直交変換をした２つの画素ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成して直交変換ブロックを生成し、上記動き補償手段は、飛び越し走査に対応した動き予測方式（フィールド動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフィールド用２次元フィルタ係数群、及び、順次走査に対応した動き予測方式（フレーム動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフレーム用２次元フィルタ係数群を格納するフィルタ格納部を有し、上記第１の逆直交変換手段又は上記第２の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データの動きベクトルに基づき上記フィルタ格納部に格納された所定の２次元フィルタ係数を指定し、指定された２次元フィルタ係数を用いて上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックを補間することを特徴とする。
【００７６】
また、本発明にかかる画像復号装置では、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間を行い、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対してトップフィールドとボトムフィールドとの間で線形補間をする複数のフィルタ係数からなり、上記フィールド用２次元フィルタ係数群は、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間をし、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対して線形補間をする複数のフィルタ係数からなることを特徴とする。
【００７７】
例えば、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、同一のフィルタ係数が共通化されて用いられる。また、上記動き補償手段は、上記フレーム用２次元フィルタ係数群を垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、補間処理を行う。
【００７８】
本発明にかかる画像復号方法は、所定の画素ブロック（マクロブロック）単位で動き予測をすることによる予測符号化、及び、所定の画素ブロック（直交変換ブロック）単位で直交変換をすることによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データから、上記第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを復号する画像復号方法であって、飛び越し走査に対応した直交変換方式（フィールド直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第１の逆直交変換工程と、順次走査に対応した直交変換方式（フレーム直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第２の逆直交変換工程と、上記第１の逆直交変換工程又は上記第２の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データと動き補償がされた参照画像データとを加算して、第２の解像度の動画像データを出力する加算工程と、上記加算工程で出力される動画像データを参照画像データとして記憶する記憶工程と、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向及び水平方向に対して１／４画素精度の動き補償をする動き補償工程とを備え、上記第１の逆直交変換工程では、上記直交変換ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、上記第２の逆直交変換工程では、上記直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした直交変換ブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をし、直交変換をした２つの画素ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成して直交変換ブロックを生成し、上記動き補償工程では、飛び越し走査に対応した動き予測方式（フィールド動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフィールド用２次元フィルタ係数群、及び、順次走査に対応した動き予測方式（フレーム動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフレーム用２次元フィルタ係数群を格納したフィルタ格納部の中から、上記第１の逆直交変換工程又は上記第２の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データの動きベクトルに基づき格納された所定の２次元フィルタ係数を指定し、指定された２次元フィルタ係数を用いて記憶している参照画像データのマクロブロックを補間することを特徴とする。
【００７９】
本発明にかかる画像復号方法では、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間を行い、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対してトップフィールドとボトムフィールドとの間で線形補間をする複数のフィルタ係数からなり、上記フィールド用２次元フィルタ係数群は、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの水平方向の各画素に対して、１つのフィールド内で４倍補間を行い、上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向の各画素に対して、１つのフィールド内で２倍補間をし、１つのフィールド内で２倍補間をした各画素に対して線形補間をする複数のフィルタ係数からなることを特徴とする。
【００８０】
例えば、上記フレーム用２次元フィルタ係数群は、同一のフィルタ係数が共通化されて用いられる。また、上記動き補償工程では、上記フレーム用２次元フィルタ係数群を垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、補間処理を行う。
【００８１】
以上のような本発明では、１／４画素精度の画素補間をする際に、垂直方向及び水平方向の画素補間を２次元フィルタにより一括して行う。そして、フレーム動き予測モードに用いる複数の２次元フィルタのうち、同一のマトリクスとなるフィルタを共通化してもちいる。さらに、垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、処理を簡略化する。
【００８２】
【発明の実施の形態】
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。
【００８３】
図１に本発明の実施の形態の画像復号装置のブロック構成図を示す。
【００８４】
図１に示す画像復号装置１０は、垂直方向の有効ライン数が例えば１１５２本の高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームが入力され、この入力されたビットストリームを復号するとともに１／２の解像度に縮小して、垂直方向の有効ライン数が例えば５７６本の標準解像度画像を出力する装置である。
【００８５】
この画像復号装置１０は、圧縮された高解像度画像のビットストリームが供給され、このビットストリームを解析するビットストリーム解析装置１１と、データの発生頻度に応じた符号長を割り当てる可変長符号化がされた上記ビットストリームを復号する可変長符号復号装置１２と、ＤＣＴブロックの各係数に量子化ステップを掛ける逆量子化装置１３と、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４と、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたＤＣＴブロックに対して縮小逆離散コサイン変換をして標準解像度画像を生成するフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５と、縮小逆離散コサイン変換がされた標準解像度画像と動き補償がされた参照画像とを加算する加算装置１６と、参照画像を一時記憶するフレームメモリ１７と、フレームメモリ１７が記憶した参照画像に動き補償をする動き補償装置１８と、フレームメモリ１７が記憶した画像に対してポストフィルタリングをすることにより、画枠変換をするとともに画素の位相ずれを補正してテレビジョンモニタ等に表示するための標準解像度の画像データを出力する画枠変換・位相ずれ補正装置２０とを備えている。
【００８６】
フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４は、フィールドＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、図１２で示したような、低域の４×４の係数のみに逆離散コサイン変換を行う。すなわち、水平方向及び垂直方向の低域の４点の離散コサイン係数に基づき縮小逆離散コサイン変換を行う。このフィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４では、以上のような縮小逆離散コサイン変換を行うことにより、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される標準解像度画像を復号することができる。この復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。すなわち、復号された下位レイヤーのトップフィールドでは、先頭画素（位相が１／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が０と２の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が５／２の画素）の位相が上位レイヤーのトップフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が４と６の画素）の中間位相となる。また、復号された下位レイヤーのボトムフィールドでは、先頭画素（位相が１の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から１番目と２番目の画素（位相が１と３の画素）の中間位相となり、先頭から２番目の画素（位相が３の画素）の位相が上位レイヤーのボトムフィールドの先頭から３番目と４番目の画素（位相が５と７の画素）の中間位相となる。
【００８７】
フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５は、入力されたビットストリームのマクロブロックが、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換されている場合に用いられる。フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５は、フレームＤＣＴモードで離散コサイン変換がされたマクロブロック内の８×８個の係数が示されたＤＣＴブロックに対して、縮小逆離散コサイン変換を行う。そして、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５では、１つのＤＣＴブロックが４×４の画素から構成される解像度画像を復号するとともに、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４で生成した標準解像度画像の画素の位相と同位相の画像を生成する。すなわち、フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５で復号された画像データの各画素の位相は、図１９に示すように、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる。
【００８８】
なお、このフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５の処理内容は、上述した特願平１０−２０８３８５号で提案した画像復号装置２００のフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置２０５と同一であるので、その詳細は省略する。
【００８９】
加算装置１６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがイントラ画像の場合には、そのイントラ画像をそのままフレームメモリ１７に格納する。また、加算装置１６は、フィールドモード用縮小逆離散コサイン変換装置１４又はフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置１５により縮小逆離散コサイン変換されたマクロブロックがインター画像である場合には、そのインター画像に、動き補償装置１８により動き補償がされた参照画像を合成して、フレームメモリ１７に格納する。
【００９０】
動き補償装置１８は、フレームメモリ１７に記憶されている標準解像度画像の参照画像に対して、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を考慮した形で１／４画素精度で補間処理を行い、フィールド動き予測モードに対応した動き補償をする。この動き補償装置１８により動き補償がされた参照画像は、加算装置１６に供給され、インター画像に合成される。この動き補償装置１８の処理については、その詳細を後述する。
【００９１】
画枠変換・位相ずれ補正装置２０は、フレームメモリ１７が記憶した標準解像度の参照画像或いは加算装置１６が合成した画像が供給され、この画像をポストフィルタリングにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間の位相ずれ成分を補正するとともに画枠を標準解像度のテレビジョンの規格に合致するように変換する。すなわち、画枠変換・位相ずれ補正装置２０は、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となる標準解像度画像を、例えば、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が０、２、４・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３、５・・・となるように補正する。また、画枠変換・位相ずれ補正装置２０は、高解像度のテレビジョン規格の画枠を、１／４に縮小して標準解像度のテレビジョン規格の画枠に変換する。
【００９２】
画像復号装置１０では、以上のような構成を有することにより、高解像度画像をＭＰＥＧ２で画像圧縮したビットストリームを、復号するとともに解像度を１／２に縮小して、標準解像度画像を出力することができる。
【００９３】
つぎに、動き補償装置１８について、さらに詳細に説明する。
【００９４】
この動き補償装置１８では、以下に説明するように、高解像度画像の１／２画素精度の動き補償に対応するように、フレームメモリ１７に記憶されている標準解像度画像の画素を補間して、１／４画素精度の画素を生成する。
【００９５】
この動き補償装置１８は、垂直方向の画素補間と水平方向の画素補間とを、１つの２次元フィルタ係数を用いて処理を行っている。もっとも、この動き補償装置１８の処理結果生成された画素の位相、すなわち、この動き補償装置１８によりフィルタリングした結果生成された画素の位相は、上述した特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置２００の動き補償装置で処理した結果と同一となる。
【００９６】
すなわち、この動き補償装置１８では、フィールド動き予測モードの場合には、以下のように処理を行う。
【００９７】
水平方向の画素に対しては、整数精度の２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【００９８】
垂直方向の画素に対しては、まず、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ１７から取り出す。
【００９９】
続いて、垂直方向の画素に対して、フィールド内で、フレームメモリ１７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。
【０１００】
続いて、垂直方向の画素に対して、フィールド内で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの１／２画素精度の画素に基づきトップフィールドの１／４画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの１／２画素精度の画素に基づきボトムフィールドの１／４画素精度の画素を生成する。
【０１０１】
以上のようなフィールド動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を図面に表すと、図２に示すようになる。この図２において、●はトップフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、▲はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、■はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。また、○はボトムフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、△はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、□はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。
【０１０２】
動き補償装置１８は、以上のようなフィールド動き予測モードにおける画素補間処理を、１つの２次元補間フィルタを用いて行い、整数精度の画素から直接１／４精度の画素を生成する
また、この動き補償装置１８では、フレーム動き予測モードの場合には、以下のように処理を行う。
【０１０３】
水平方向の画素に対しては、整数精度の画素の２つの画素を線形補間し、１／２画素精度の画素、及び、１／４精度の画素を生成する。
【０１０４】
垂直方向の画素に対しては、まず、トップフィールドの各画素の垂直方向の位相が１／２、５／２・・・となり、ボトムフィールドの各画素の垂直方向の位相が１、３・・・となるような、トップフィールドとボトムフィールドとのフィールド間で位相ずれを含む標準解像度画像の整数精度の画素を、フレームメモリ１７から取り出す。
【０１０５】
続いて、垂直方向の画素に対して、フィールド内で、フレームメモリ１７から取り出した整数精度の画素から１／２画素精度の画素を生成する。すなわち、トップフィールドの整数精度の画素に基づきトップフィールドの１／２画素精度の画素を生成し、ボトムフィールドの整数精度の画素に基づきボトムフィールドの１／２画素精度の画素を生成する。
【０１０６】
続いて、垂直方向の画素に対して、トップフィールドとボトムフィールドの２つのフィールド間で、１／２画素精度の画素から１／４画素精度の画素を生成する。例えば、垂直方向の位相が１／４の位置にある画素は、０の位置にあるトップフィールドの画素と、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素から線形補間をされて生成される。また、垂直方向の位相が３／４の位置にある画素は、１／２の位置にあるボトムフィールドの画素と１の位置にあるトップフィールドの画素から線形補間をされて生成される。
【０１０７】
以上のようなフレーム動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を図面に表すと、図３に示すようになる。この図３において、●はトップフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、▲はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、■はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。また、○はボトムフィールドの整数画素精度の画素の位相位置を示し、△はトップフィールドの１／２画素精度の画素の位相位置を示し、□はトップフィールドの１／４画素精度の画素の位相位置を示している。
【０１０８】
動き補償装置１８は、以上のようなフレーム動き予測モードにおける画素補間処理を、１つの２次元補間フィルタを用いて行い、整数精度の画素から直接１／４精度の画素を生成する。
【０１０９】
つぎに、動き補償装置１８のブロック構成を図４に示し、この動き補償装置１８の回路構成及び画素補間の為のフィルタリング処理内容について、具体的に説明する。
【０１１０】
動き補償装置１８は、この図４に示すように、アドレス生成装置２１と、入力メモリ２２と、フィルタ係数格納メモリ２３と、２次元補間処理部２４とを備えている。
【０１１１】
アドレス生成部２１には、動きベクトル情報及びモード情報が入力される。モード情報とは、マクロブロックの動き補償のモードがフィールド動き予測モードであるか、フレーム動き予測モードであるかを示す情報である。
【０１１２】
アドレス生成部２１は、この動きベクトル情報に基づき、補間する画素の垂直方向及び水平方向の位置を示すアドレス情報を生成する。アドレス生成部２１は、生成したアドレス情報に基づき、標準解像度画像の整数精度の画素をマクロブロック単位でフレームメモリ１７から取り出し、入力メモリ２２に送る。
【０１１３】
また、アドレス生成部２１は、入力された動きベクトル情報及びモード情報をフィルタ係数格納メモリ２３に送る。
【０１１４】
フィルタ係数格納メモリ２３は、フィールド動き予測モードに対応した複数の２次元フィルタ係数を格納している。図５に、線形フィルタを用いた場合の１６通りの２次元フィルタ係数を示す。図５に示す各フィルタ係数は、垂直方向（Ｖ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５と、水平方向（Ｈ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５との組み合わせの数だけ存在する。すなわち、フィールド動き予測モードに対応した、垂直方向４係数×水平方向４係数の合計１６個のマトリクス係数を格納している。
【０１１５】
また、フィルタ係数格納メモリ２３は、フレーム動き予測モードに対応した複数の２次元フィルタ係数も格納している。ここで、フレーム動き予測モードの場合、垂直方向（Ｖ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５，１，１．２５，１．５，１．７５と、水平方向（Ｈ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５との組み合わせの数だけ、すなわち、垂直方向８係数×水平方向４係数の合計３２個のフィルタ係数が通常であれば存在することとなる。しかしながら、このフィルタ係数格納メモリ２３には、マトリクスが同一となるフィルタ係数は共通化して用い、メモリ容量の効率化を図っている。
【０１１６】
具体的には、以下のように共通化して、フレーム動き予測モードに対応したフィルタ係数の削減を図っている。
【０１１７】
フレーム動き予測モードに対応したフィルタ係数は、図６に示すように、垂直方向の位相が０のトップフィールド、垂直方向の位相が０のボトムフィールド、垂直方向の位相が０．５のトップフィールド、垂直方向の位相が１．５のボトムフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ１）。垂直方向の位相が０．２５のトップフィールド、垂直方向の位相が１．７５のボトムフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ２）。垂直方向の位相が０．５のボトムフィールド、垂直方向の位相が１のトップフィールド、垂直方向の位相が１のボトムフィールド、垂直方向の位相が１．５のトップフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ３）。垂直方向の位相が０．２５のボトムフィールド、垂直方向の位相が０．７５のトップフィールド、垂直方向の位相が１．２５のボトムフィールド、垂直方向の位相が１．７５のトップフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ４）。垂直方向の位相が０．７５のボトムフィールド、垂直方向の位相が１．２５のトップフィールドは、全て同一のフィルタ係数となる（グループ５）。そして、このような同一のフィルタ係数をグループ化して共通化して画素補間に用いる。
【０１１８】
このようにフィルタ係数を共通化して用いることによって、本来であれば、８×４の３２通りのフィルタ係数となるところを、５×４の２０通りのフィルタ係数に縮小している。
【０１１９】
図７に、線形フィルタを用いたフレーム動き予測モード用の２次元フィルタ係数を示す。図７に示す各フィルタ係数は、図６に示したグループ１からグループ５の５個のグループと、水平方向（Ｈ）の位相０，０．２５，０．５，０．７５との組み合わせの数、すなわち、５グループ×水平方向の４係数＝２０通りの存在する。
【０１２０】
フィルタ係数格納メモリ２３は、送られた動きベクトル情報及びモード情報に応じて、図５に示した１６通りのフィルタ係数、又は、図７に示した２０通りのフィルタ係数のうち、１つのフィルタ係数を２次元補間処理部２４に送る。
【０１２１】
２次元補間処理部２４は、フィールド動き予測モードの場合、送られたフィルタ係数を用いて、以下の式１の内積演算を行いマクロブロックに対して画素補間を行う。
【０１２２】
【数１】
この式１において、ｃは、図５に示したフィルタ係数（２次元マトリクス）である。ｘは、入力されたマクロブロックの画素データである。
【０１２４】
そして、この式１により内積演算がされた結果（ｙ）が、１／４画素精度で動き補償がされた画素データとして、図１に示す加算装置１６に供給される。
【０１２５】
また、２次元補間処理部２４は、フレーム動き予測モードの場合、送られたフィルタ係数を用いて、以下の式２の内積演算を行いマクロブロックに対して画素補間を行う。
【０１２６】
【数２】
ここで、グループ１に含まれるフィルタ係数は、入力データのサンプル点に一致するデータを出力する演算を行うものである。グループ２は、異なるフィールドの同一ライン間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。グループ３は、同一のフィールドの２ライン間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。グループ４は、あるフィールドの２ライン間で補間されたデータと他のフィールドの１ラインのデータとの間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。グループ５は、あるフィールドの２ライン間で補間されたデータと、他のフィールドの２ライン間で補間されたデータとの間で補間されたデータを出力する演算を行うものである。
【０１２８】
ところで、フレーム動き予測モードにおいて、フィールド動き予測モードと同様に式１を用いて内積演算を行うことも可能であるが、上記式２に示すように演算を行うことにより、垂直方向の係数の対象性や０係数の並びによるグループ化して、乗算の数を少なくすることができる。この式２に示す内積演算式は、予め垂直方向に必要なライン数を加算し、水平方向のみに乗算を行い内積演算を行う。
【０１２９】
このことにより、グループ２とグループ３とは、２ラインが０係数なので、垂直方向の２ラインの加算のみを行えばよい。このグループ２とグループ３は、演算するラインが異なるが、アドレス生成回路２１が演算するラインを指定することにより、同一のフィルタ係数を用いることができる。また、グループ４は、第１ラインと第３ラインが第２ラインの１／２の係数となっており、この対象性を利用して、２×ｃ×ｘという演算を、ｃ×（ｘ＋ｘ）というように分解して演算することが可能である。すなわち、垂直方向の係数の加算結果は、グループ４とグループ５とで同一となる。このように分解することにより、グループ４とグループ５とで同一のフィルタ係数を用いることができる。
【０１３０】
以上のように本発明の実施の形態の画像復号装置１０では、水平方向及び垂直方向に対して１／４画素精度で動き補償を行うことにより、トップフィールドとボトムフィールドとの間で位相ずれが生じず、いわゆるフィールド反転やフィールドミックスを防ぐことができ、動き補償に伴う画質の劣化を防止することができる。
【０１３１】
さらに、この画像復号装置１０では、１／４画素精度の動き補償の際に２次元のフィルタ演算をするので、中間結果を格納するためのメモリを削減することができる。また、この画像復号装置１０では、１／４画素精度の動き補償の際にメモリへのアクセス量を減らすことができ、処理時間が短縮する。また、この画像復号装置１０では、フレーム動き予測モードの際のフィルタ係数をグループ化することにより、フレーム予測の際のコードサイズを最小限に抑え、キャッシュミス等を防止することができる。
【０１３２】
なお、本発明の実施の形態の画像復号装置１０では、動き補償を２次元の線形補間フィルタを用いて行った例を示したが、例えば、フィルタのタップ数を増やしたハーフバンドフィルタ等の他のフィルタを用いてもよい。
【０１３３】
【発明の効果】
本発明にかかる画像復号装置及び画像復号方法では、フレーム直交変換モードにより直交変換がされた直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をして飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をして低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成する。また、本発明では、記憶している参照画像データのマクロブロックの各画素に対して補間をして、１／４画素精度の画素から構成されるマクロブロックを生成する。そして、この画像復号方法では、第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを出力する。
【０１３４】
このことにより、本発明では、復号に必要な演算量及び記憶容量を少なくすることができ、フィールド動き予測モードとフレーム動き予測モードとによる動き補償の際の画素の位相ずれをなくし、動き補償に起因する画質の劣化を防止することができる。
【０１３５】
さらに本発明では、１／４画素精度の画素補間をする際に、垂直方向及び水平方向の画素補間を２次元フィルタにより一括して行う。そして、フレーム動き予測モードに用いる複数の２次元フィルタのうち、同一のマトリクスとなるフィルタを共通化してもちいる。さらに、垂直方向の係数の対象性及び０係数を用いてグループ化し、処理を簡略化する。
【０１３６】
このことにより、本発明では、１／４画素精度の動き補償の際の中間結果を格納するためのメモリを削減することができる。また、本発明では、１／４画素精度の動き補償の際にメモリへのアクセス量を減らすことができ、処理時間が短縮する。また、本発明では、フレーム予測の際のコードサイズを最小限に抑え、キャッシュミス等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の画像復号装置のブロック図である。
【図２】フィールド動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を説明するための図である。
【図３】フィールド動き予測モードの場合の１／４画素精度の画素補間を説明するための図である。
【図４】上記画像復号装置の動き補償装置のブロック図である。
【図５】フィールド動き予測モードに対応した２次元フィルタ係数の一例を示す図である。
【図６】フレーム動き予測モードに対応した２次元フィルタ係数のグループ分けを説明するための図である。
【図７】フレーム動き予測モードに対応した２次元フィルタ係数の一例を示す図である。
【図８】従来の第１のダウンデコーダを示すブロック図である。
【図９】従来の第２のダウンデコーダを示すブロック図である。
【図１０】従来の第３のダウンデコーダを示すブロック図である。
【図１１】従来の画像復号装置のブロック図である。
【図１２】上記従来の画像復号装置のフィールドＤＣＴモードにおける縮小逆離散コサイン変換処理を説明するための図である。
【図１３】上記従来の画像復号装置のフィールドＤＣＴモードにおける縮小逆離散コサイン変換処理を説明するための図である。
【図１４】上記従来の画像復号装置のフィールド動き予測モードにおける線形補間処理を説明するための図である。
【図１５】上記従来の画像復号装置のフレーム動き予測モードにおける線形補間処理を説明するための図である。
【図１６】上記従来の画像復号装置のフィールドＤＣＴモードの結果得られる画素の位相を説明するための図である。
【図１７】上記従来の画像復号装置のフレームＤＣＴモードの結果得られる画素の位相を説明するための図である。
【図１８】特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のブロック図である。
【図１９】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフレームメモリに格納される参照画像の垂直方向の画素の位相を説明するための図である。
【図２０】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置の１ブロック処理の内容を説明するための図である。
【図２１】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフィールド動き予測モードの際の１／４画素補間処理を説明するための図である。
【図２２】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置のフレーム動き予測モードの際の１／４画素補間処理を説明するための図である。
【図２３】上記特願平１０−２０８３８５で提案された画像復号装置の動き補償装置の部ルック図である。
【符号の説明】
１０ 画像復号装置、１４ 縮小逆離散コサイン変換装置、１５ フレームモード用縮小逆離散コサイン変換装置、１７ フレームメモリ、１８ 動き補償装置、２１ アドレス生成部、２２ 入力メモリ、２３ フィルタ係数格納メモリ、２４ ２次元補間処理部
Claims (2)
- 所定の画素ブロック（マクロブロック）単位で動き予測をすることによる予測符号化、及び、所定の画素ブロック（直交変換ブロック）単位で直交変換をすることによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データから、上記第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを復号する画像復号装置において、
飛び越し走査に対応した直交変換方式（フィールド直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第１の逆直交変換手段と、
順次走査に対応した直交変換方式（フレーム直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第２の逆直交変換手段と、
上記第１の逆直交変換手段又は上記第２の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データと動き補償がされた参照画像データとを加算して、第２の解像度の動画像データを出力する加算手段と、
上記加算手段から出力される動画像データを参照画像データとして記憶する記憶手段と、
上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向及び水平方向に対して１／４画素精度の動き補償をする動き補償手段とを備え、
上記第１の逆直交変換手段は、上記直交変換ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、
上記第２の逆直交変換手段は、上記直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした直交変換ブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をし、直交変換をした２つの画素ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成して直交変換ブロックを生成し、
上記動き補償手段は、飛び越し走査に対応した動き予測方式（フィールド動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフィールド用２次元フィルタ係数群、及び、順次走査に対応した動き予測方式（フレーム動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフレーム用２次元フィルタ係数群を格納するフィルタ格納部を有し、上記第１の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データに対してはその動きベクトルに基づき上記フィルタ格納部に格納されたフィールド用２次元フィルタ係数群を指定して、指定されたフィールド用２次元フィルタ係数群を用いて上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックを補間し、上記第２の逆直交変換手段により逆直交変換がされた圧縮画像データに対してはその動きベクトルに基づき上記フィルタ格納部に格納されたフレーム用２次元フィルタ係数群を指定し、指定されたフレーム用２次元フィルタ係数群を用いて上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックを補間することを特徴とする画像復号装置。 - 所定の画素ブロック（マクロブロック）単位で動き予測をすることによる予測符号化、及び、所定の画素ブロック（直交変換ブロック）単位で直交変換をすることによる圧縮符号化をした第１の解像度の圧縮画像データから、上記第１の解像度より低い第２の解像度の動画像データを復号する画像復号方法において、
飛び越し走査に対応した直交変換方式（フィールド直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第１の逆直交変換工程と、
順次走査に対応した直交変換方式（フレーム直交変換モード）により直交変換がされた上記圧縮画像データの直交変換ブロックに対して、逆直交変換をする第２の逆直交変換工程と、
上記第１の逆直交変換工程又は上記第２の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データと動き補償がされた参照画像データとを加算して、第２の解像度の動画像データを出力する加算工程と、
上記加算工程で出力される動画像データを参照画像データとして記憶する記憶工程と、
上記記憶工程で記憶している参照画像データのマクロブロックの垂直方向及び水平方向に対して１／４画素精度の動き補償をする動き補償工程とを備え、
上記第１の逆直交変換工程では、上記直交変換ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、
上記第２の逆直交変換工程では、上記直交変換ブロックの全周波数成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした直交変換ブロックの各画素を飛び越し走査に対応した２つの画素ブロックに分離し、分離した２つの画素ブロックに対してそれぞれ直交変換をし、直交変換をした２つの画素ブロックの各係数のうち低周波成分の係数に対して逆直交変換をし、逆直交変換をした２つの画素ブロックを合成して直交変換ブロックを生成し、
上記動き補償工程では、飛び越し走査に対応した動き予測方式（フィールド動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフィールド用２次元フィルタ係数群、及び、順次走査に対応した動き予測方式（フレーム動き予測モード）により動き予測がされた参照画像データのマクロブロックに対して垂直方向及び水平方向の１／４画素精度の画素補間をするフレーム用２次元フィルタ係数群を格納したフィルタ格納部の中から、上記第１の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データに対してはその動きベクトルに基づき上記フィルタ格納部に格納されたフィールド用２次元フィルタ係数群を指定して、指定されたフィールド用２次元フィルタ係数群を用いて上記記憶手段が記憶している参照画像データのマクロブロックを補間し、上記第２の逆直交変換工程により逆直交変換がされた圧縮画像データに対してはその動きベクトルに基づき格納されたフレーム用２次元フィルタ係数群を指定し、指定されたフレーム用２次元フィルタ係数群を用いて記憶している参照画像データのマクロブロックを補間することを特徴とする画像復号方法。
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