JP4095664B2 - 動画像符号化装置 - Google Patents
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渡辺浩巳,茶木英明,"H.264とMPEG-4に両対応 携帯機器向けコーデック・コアを開発 VGAの動画を36mAで符号化",日経エレクトロニクス,2004年9月27日号,no.883,pp123-133. 南俊宏,長沼次郎,"テレスコピック探索に適した動きベクトル検出器構成法の提案",信学論(D−2),vol.J87-D-2,no.11,pp.2007-2024,Nov.2004. 長沼次郎,岩崎裕江,新田高庸,中村健,吉留健,小倉充雄,中島靖之,田代豊,大西隆之,池田充郎,遠藤真,八島由幸,"1チップHDTV MPEG-2 CODEC LSI構成技術――VASA",NTT技術ジャーナル,vol.15,No.9,pp.12-15,2003年9月. S. Yoshihara, M.Kikuchi, Y. Ito, Y. Inada, S. Kuramochi, H.Wakabayashi, M. Okano, K. Koseki, H. Kuriyama, J. Inutsuka, A. Tajima,T. Nakajima, Y.Kudoh, F. Koga, Y. Kasagi,S. Watanabe, T. Nomoto, "A 1/1.8-inch 6.4MPixel 60frames/s CMOS Image Sensorwith Seamless Mode Change", ISSCC2006, session 27.1, Feb. 2006.
動画像符号化の処理が少なくとも2つの処理に分割され、当該分割された処理を行うステージが少なくとも2ステージ含まれ、当該ステージの中に動き検出を行うステージが含まれるマクロブロックパイプラインを含み、
縦方向に連続する少なくとも2行であって、ピクチャ全体に含まれる前記マクロブロック行の総行数よりも少ない行数の前記マクロブロック行をひとまとまりとして選択し、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックを前記マクロブロックパイプラインに投入し、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の上から2行目のマクロブロック行に含まれるマクロブロックから最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックまで順番に、各マクロブロック行の上に隣接したマクロブロック行に含まれる直前投入マクロブロックが前記マクロブロックパイプラインに投入された後に、当該各マクロブロック行に含まれ、当該直前投入マクロブロックより左に位置し、かつ当該直前投入マクロブロックが右上隣接マクロブロックではないマクロブロックを、前記マクロブロックパイプラインに投入する
動画像符号化部と、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行から最も下のマクロブロック行までの各マクロブロック行に含まれ、連続して前記マクロブロックパイプラインに投入される、前記ひとまとまりのマクロブロック行の行数と同じ数の動き検出の対象である各マクロブロックについて動きベクトルを検出するとき参照される参照領域であって、1ピクチャの総画素数より少ない画素数の当該参照領域に含まれる全画素を記憶し、
前記参照領域の右側に位置し、横方向の画素数がマクロブロックの横方向の画素数に応じた画素数である更新領域が外部のメモリから転送され、前記動き検出の対象である各マクロブロックについて動き検出を終了し、前記動き検出の対象である各マクロブロックの右隣接マクロブロックについて新たに動き検出を行うときに前記参照領域が更新される
参照領域用メモリと
を有する。
ピクチャの左端から右端まで横方向に連続して並んだマクロブロックの集まりであるマクロブロック行を、縦方向に連続する少なくとも2行であって、ピクチャ全体に含まれる前記マクロブロック行の総行数よりも少ない行数をひとまとまりとして選択し、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、左下隣接マクロブロックがまだ選択されていないマクロブロックを選択し、かつ、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上以外のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、右上隣接マクロブロックが既に選択されているマクロブロックを選択することによって、当該ひとまとまりのマクロブロック行に含まれるマクロブロックを1マクロブロック行当たり1個選択するマクロブロック選択部と、
前記マクロブロック選択部によって選択された個々のマクロブロックについて、前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックから、最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックまで順番に、個々のマクロブロックを符号化するために必要なデータを前記マクロブロックパイプラインに設定し、当該マクロブロックを前記マクロブロックパイプラインに投入する符号化データ設定部と
を含み、
前記符号化データ設定部によって前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックを符号化するために必要な前記データが前記マクロブロックパイプラインに設定されると、前記マクロブロック選択部が前記選択されている個々のマクロブロックごとにその右隣接マクロブロックを新たに選択する
動画像符号化部と、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行から最も下のマクロブロック行までの各マクロブロック行に含まれ、連続して前記マクロブロックパイプラインに投入される、前記ひとまとまりのマクロブロック行の行数と同じ数の動き検出の対象である各マクロブロックについて動きベクトルを検出するとき参照される参照領域であって、1ピクチャの総画素数より少ない画素数の当該参照領域に含まれる全画素を記憶し、
前記参照領域の右側に位置し、横方向の画素数がマクロブロックの横方向の画素数に応じた画素数である更新領域が外部のメモリから転送され、前記動き検出の対象である各マクロブロックについて動き検出を終了し、前記動き検出の対象である各マクロブロックの右隣接マクロブロックについて新たに動き検出を行うときに前記参照領域が更新される
参照領域用メモリと
を有する。
ピクチャの左端から右端まで横方向に連続して並んだマクロブロックの集まりであるマクロブロック行を、縦方向に連続する少なくとも2行であって、ピクチャ全体に含まれる当該マクロブロック行の総行数よりも少ない行数をひとまとまりとして選択し、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、左下隣接マクロブロックがまだ選択されていないマクロブロックを選択し、かつ、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上以外のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、右上隣接マクロブロックが既に選択されているマクロブロックを選択することによって、当該ひとまとまりのマクロブロック行に含まれるマクロブロックを1マクロブロック行当たり1個選択する第1の手段と、
前記第1の手段によって選択された個々のマクロブロックを、前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックから、最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックまで順番に、前記マクロブロックパイプラインに投入する第2の手段と
を含み、
前記第2の手段によって前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックが前記マクロブロックパイプラインに投入されると、前記第1の手段が前記選択されている個々のマクロブロックごとにその右隣接マクロブロックを新たに選択する
動画像符号化部と、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行から最も下のマクロブロック行までの各マクロブロック行に含まれ、連続して前記マクロブロックパイプラインに投入される、前記ひとまとまりのマクロブロック行の行数と同じ数の動き検出の対象である各マクロブロックについて動きベクトルを検出するとき参照される参照領域であって、1ピクチャの総画素数より少ない画素数の当該参照領域に含まれる全画素を記憶し、
前記参照領域の右側に位置し、横方向の画素数がマクロブロックの横方向の画素数に応じた画素数である更新領域が外部のメモリから転送され、前記動き検出の対象である各マクロブロックについて動き検出を終了し、前記動き検出の対象である各マクロブロックの右隣接マクロブロックについて新たに動き検出を行うときに前記参照領域が更新される
参照領域用メモリと
を有する。
図1はMBパイプラインに連続して投入されるMBの例を示した説明図である。図1のピクチャはa行からl行までの12のMB行からなり、各MB行は0番目から15番目までの16個のMBで構成される。図1のピクチャでは、最初にa−MB行、b−MB行、c−MB行、d−MB行に含まれるMBが1個のMBパイプラインで符号化され、次にe−MB行、f−MB行、g−MB行、h−MB行に含まれるMBが1個のMBパイプラインで符号化され、最後にi−MB行、j−MB行、k−MB行、l−MB行に含まれるMBが1個のMBパイプラインで符号化される。図1中のe行10列、f行8列、g行6列、h行4列のMBは1個のMBパイプラインに連続して投入されるMBの一例である。f行8列のMBはe行10列のMBから左方向に1MB離れている。同様にg行6列のMBはf行8列のMBから左方向に1MB離れており、h行4列のMBはg行6列のMBから左方向に1MB離れている。これらの4つのMBは相互に左隣接、上隣接、または右上隣接のいずれの隣接関係にもない。以下では、複数のブロックが相互に左隣接、上隣接、または右上隣接のいずれの隣接関係にもないことを、これらのブロックは隣接関係にないという。
図6は8画素×8画素の4つのSB(以下、8×8SBという。)に分割されたMBを示す。本実施形態では、4つの8×8SBについて動きベクトルのコストと予測誤差のコストの和が最小となる動きベクトルを検出する例について示す。一般に、PMVと動きベクトルの距離が遠いほど動きベクトルのコストは高いと評価される。このため、各8×8SBについて動き検出を始める前に、その8×8SBのPMVが決まっていなければならない。そして、例えば、左隣接8×8SB、上隣接8×8SB、右上隣接8×8SBの動きベクトルに基づいてPMVを決めるとすると、図6中の0、1、2、3の番号を付された順番に8×8SBごとの動きベクトルを検出しなければならないことになる。ただし、3番の8×8SBの動きベクトル検出時に右上隣接8×8SBの動きベクトルは存在しないため、3番の8×8SBのPMVは1番と2番の8×8SBの動きベクトルMV1とMV2に基づいて決められる。
本実施形態では、1/4画素精度動き検出回路11を2個設け、ステージ3とステージ4を結合して、1個の8×8SBの1/4画素精度動き検出を2SBサイクルかけて行う例を示す。ステージ3とステージ4以外は、第2の実施形態のMBパイプラインと同一のステージ構成である。図11はSBパイプラインの詳細な動作を示し、図12はこの動作を実現するための動き検出回路13のブロック図を示す。2つの1/4画素精度動き検出回路11を1SBサイクルずらして動作させることにより、個々の8×8SBの1/4画素精度動き検出を2SBサイクルかけて行うことができる。
本実施形態では、H.264における4画素×4画素イントラ予測(以下、4×4イントラ予測という。)に本発明を適用する例ついて説明する。図13は16個の4画素×4画素SB(以下、4×4SBという。)に分割されたMBを示す。4×4SBは図13中に付した0〜15の順番で符号化され、ビットストリームに変換される。例えば、3番の4×4SBについて4×4イントラ予測を行うときには、1番の4×4SBにおける下端4行の画素と2番の4×4SBの右端4列の画素が参照される。また、14番の4×4SBについて4×4イントラ予測を行うときには、12番と13番の4×4SBにおける下端の4行の画素と11番の4×4SBにおける右端4列の画素が参照される。これら隣接4×4SBに属する画素は再生画素を用いることが望ましい。
本実施形態では、第2の実施形態〜第4の実施形態とほぼ同一のステージ構成のMBパイプラインにおいて、図7におけるi−MB行、j−MB行、k−MB行、l−MB行をひとまとまりとして、これらひとまとまりのMB行から、i行15列、j行13列、k行11列、l行9列等のMBを選択し、これら選択された4個のMBを1個のMBパイプラインに連続して投入する例を示す。第2の実施形態〜第4の実施形態では8つのMB行をひとまとまりとして処理するため、各左隣接MBの処理結果を7ステージ分現MBの処理にフィードバックできるが、本実施形態では3ステージ分しかフィードバックできない。このため、左隣接MBの処理結果を現MBの処理に反映するとき、第2の実施形態〜第4の実施形態に比べて制限が生じる。
図20は、内部メモリを有する動画像符号化装置のブロック図である。動画像符号化装置23は、MBの符号化に必要な全てのデータを外部メモリ4から読み出してその内部メモリに記憶する。内部メモリは参照領域用メモリ14とバッファメモリ15の2種類ある。動き検出の時に参照される参照画像は参照領域用メモリ14に記憶され、参照領域用メモリ14から動き検出部16と動き補償部17に供給される。符号化のために必要なその他のデータはバッファメモリ15に記憶され、動き検出部16、動き補償部17、イントラ予測部18、整数変換・量子化・逆量子化・逆整数変換部19、可変長符号化部20、デブロッキングフィルタ部21はバッファメモリ15との間でデータを転送する。制御部22はイントラ・インター判定とレート制御を行う。制御部22はワイヤードロジックまたはマイクロプロセサで構成される。なお、図20では参照領域用メモリ14とバッファメモリ15を別々のものとして表わしたが、参照領域用アドレスとバッファ用アドレスが別れていれば1個の共通メモリであっても良い。
HDTV映像を符号化対象とする場合、良好な画質を得るために動きベクトルの範囲は横±200画素、縦±100画素程度必要である。この範囲の動きベクトルを検出するための演算量は膨大であり、動き検出のために多くのサイクル数を要する。しかし、MBパイプライン構造の動画像符号化装置では、MBサイクル当たりのサイクル数は全てのステージで共通である。動き検出のためのステージのみMBサイクル当たりのサイクル数を増加させることはできない。また、本発明を適用したMBパイプラインでは、処理結果をフィードバックできるステージ数に限界があるため、MBパイプラインのステージ数を増加させることは好ましくない。
Claims (4)
- ピクチャの左端から右端まで横方向に連続して並んだマクロブロックの集まりであるマクロブロック行の中では、左端のマクロブロックから符号化を開始し、右に隣接したマクロブロックを順番に符号化する動画像符号化部であって、
動画像符号化の処理が少なくとも2つの処理に分割され、当該分割された処理を行うステージが少なくとも2ステージ含まれ、当該ステージの中に動き検出を行うステージが含まれるマクロブロックパイプラインを含み、
縦方向に連続する少なくとも2行であって、ピクチャ全体に含まれる前記マクロブロック行の総行数よりも少ない行数の前記マクロブロック行をひとまとまりとして選択し、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックを前記マクロブロックパイプラインに投入し、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の上から2行目のマクロブロック行に含まれるマクロブロックから最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックまで順番に、各マクロブロック行の上に隣接したマクロブロック行に含まれる直前投入マクロブロックが前記マクロブロックパイプラインに投入された後に、当該各マクロブロック行に含まれ、当該直前投入マクロブロックより左に位置し、かつ当該直前投入マクロブロックが右上隣接マクロブロックではないマクロブロックを、前記マクロブロックパイプラインに投入する
動画像符号化部と、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行から最も下のマクロブロック行までの各マクロブロック行に含まれ、連続して前記マクロブロックパイプラインに投入される、前記ひとまとまりのマクロブロック行の行数と同じ数の動き検出の対象である各マクロブロックについて動きベクトルを検出するとき参照される参照領域であって、1ピクチャの総画素数より少ない画素数の当該参照領域に含まれる全画素を記憶し、
前記参照領域の右側に位置し、横方向の画素数がマクロブロックの横方向の画素数に応じた画素数である更新領域が外部のメモリから転送され、前記動き検出の対象である各マクロブロックについて動き検出を終了し、前記動き検出の対象である各マクロブロックの右隣接マクロブロックについて新たに動き検出を行うときに前記参照領域が更新される
参照領域用メモリと
を有する動画像符号化装置。 - 動画像符号化の処段落理が少なくとも2つの処理に分割され、当該分割された処理を行うステージが少なくとも2ステージ含まれ、当該ステージの中に動き検出を行うステージが含まれるマクロブロックパイプラインと、
ピクチャの左端から右端まで横方向に連続して並んだマクロブロックの集まりであるマクロブロック行を、縦方向に連続する少なくとも2行であって、ピクチャ全体に含まれる前記マクロブロック行の総行数よりも少ない行数をひとまとまりとして選択し、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、左下隣接マクロブロックがまだ選択されていないマクロブロックを選択し、かつ、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上以外のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、右上隣接マクロブロックが既に選択されているマクロブロックを選択することによって、当該ひとまとまりのマクロブロック行に含まれるマクロブロックを1マクロブロック行当たり1個選択するマクロブロック選択部と、
前記マクロブロック選択部によって選択された個々のマクロブロックについて、前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックから、最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックまで順番に、個々のマクロブロックを符号化するために必要なデータを前記マクロブロックパイプラインに設定し、当該マクロブロックを前記マクロブロックパイプラインに投入する符号化データ設定部と
を含み、
前記符号化データ設定部によって前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックを符号化するために必要な前記データが前記マクロブロックパイプラインに設定されると、前記マクロブロック選択部が前記選択されている個々のマクロブロックごとにその右隣接マクロブロックを新たに選択する
動画像符号化部と、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行から最も下のマクロブロック行までの各マクロブロック行に含まれ、連続して前記マクロブロックパイプラインに投入される、前記ひとまとまりのマクロブロック行の行数と同じ数の動き検出の対象である各マクロブロックについて動きベクトルを検出するとき参照される参照領域であって、1ピクチャの総画素数より少ない画素数の当該参照領域に含まれる全画素を記憶し、
前記参照領域の右側に位置し、横方向の画素数がマクロブロックの横方向の画素数に応じた画素数である更新領域が外部のメモリから転送され、前記動き検出の対象である各マクロブロックについて動き検出を終了し、前記動き検出の対象である各マクロブロックの右隣接マクロブロックについて新たに動き検出を行うときに前記参照領域が更新される
参照領域用メモリと
を有する動画像符号化装置。 - 動画像符号化の処理が少なくとも2つの処理に分割され、当該分割された処理を行うステージが少なくとも2ステージ含まれ、当該ステージの中に動き検出を行うステージが含まれるマクロブロックパイプラインと、
ピクチャの左端から右端まで横方向に連続して並んだマクロブロックの集まりであるマクロブロック行を、縦方向に連続する少なくとも2行であって、ピクチャ全体に含まれる当該マクロブロック行の総行数よりも少ない行数をひとまとまりとして選択し、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、左下隣接マクロブロックがまだ選択されていないマクロブロックを選択し、かつ、当該ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上以外のマクロブロック行に含まれるマクロブロックについては、右上隣接マクロブロックが既に選択されているマクロブロックを選択することによって、当該ひとまとまりのマクロブロック行に含まれるマクロブロックを1マクロブロック行当たり1個選択する第1の手段と、
前記第1の手段によって選択された個々のマクロブロックを、前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行に含まれるマクロブロックから、最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックまで順番に、前記マクロブロックパイプラインに投入する第2の手段と
を含み、
前記第2の手段によって前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も下のマクロブロック行に含まれるマクロブロックが前記マクロブロックパイプラインに投入されると、前記第1の手段が前記選択されている個々のマクロブロックごとにその右隣接マクロブロックを新たに選択する
動画像符号化部と、
前記ひとまとまりのマクロブロック行の中の最も上のマクロブロック行から最も下のマクロブロック行までの各マクロブロック行に含まれ、連続して前記マクロブロックパイプラインに投入される、前記ひとまとまりのマクロブロック行の行数と同じ数の動き検出の対象である各マクロブロックについて動きベクトルを検出するとき参照される参照領域であって、1ピクチャの総画素数より少ない画素数の当該参照領域に含まれる全画素を記憶し、
前記参照領域の右側に位置し、横方向の画素数がマクロブロックの横方向の画素数に応じた画素数である更新領域が外部のメモリから転送され、前記動き検出の対象である各マクロブロックについて動き検出を終了し、前記動き検出の対象である各マクロブロックの右隣接マクロブロックについて新たに動き検出を行うときに前記参照領域が更新される
参照領域用メモリと
を有する動画像符号化装置。 - ピクチャの最も上の前記ひとまとまりのマクロブロック行から符号化を開始し、下に隣接した前記ひとまとまりのマクロブロック行を順番に符号化する請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の動画像符号化装置。
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