JP4439890B2 - 画像復号化方法、装置およびプログラム - Google Patents
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Description
図18は、ピクチャ予測構造の第1の例を示す説明図である。同図の上側におけるピクチャ0〜ピクチャ9は、動画像に含まれるフレームまたはフィールドを表示順で示されている。図中のI、B、Pは、ピクチャタイプを示す。Iはピクチャ内予測符号化されるイントラピクチャ(Iピクチャ)を示す。Bは、メモリ501中の再構成された複数枚のピクチャを参照する双予測符号化ピクチャ(Bピクチャ)を示す。Pは、メモリ501中の再構成された1枚のピクチャを参照する予測符号化ピクチャ(Pピクチャ)を示す。斜線は参照ピクチャとしてピクチャ間予測符号化において参照され得るピクチャを、白抜きは参照されないピクチャを示す。同図の上側のように第1の例における予測構造は、表示順でIBBPBBPBBPの繰り返しである。
このような参照関係を有するため、ピクチャの表示順と符号化順(つまりストリーム中の順)とは異なる。同図の下側は、表示順に並べたピクチャと符号化順(ストリーム順)に並べたピクチャとの対応関係を示す図である。同図のように、画像符号化装置は、表示順のピクチャを、予測構造に従って符号化順に並び替えることになる。
同図のように、画像符号化装置500は再構成されたピクチャ(対象ピクチャと呼ぶ)が参照ピクチャであるかどうかを判定する(S10)。
参照ピクチャであると判定された場合、画像符号化装置500は、参照領域に格納可能な空きメモリ領域があるかどうかを判定し(S11)、空きメモリ領域がない場合、参照領域中で最初に格納されたピクチャを表示用領域に移動する(S11)。この移動は例えば図21の(7)中のfP4が該当する。ここでの移動は、ピクチャをメモリ領域間で転送しないで、メモリ領域の属性を参照用から表示用に変更することである。さらに、画像符号化装置500は、メモリ領域を確保する領域確保処理を行い(S13)、確保されたメモリ領域に対象ピクチャを参照ピクチャとして格納する(S14)。また、S11において空きメモリ領域があると判定された場合、画像符号化装置500は、その空きメモリ領域に対象ピクチャを参照ピクチャとして格納する。
ITU-T Rec. H.264 | ISO/IEC 14496-10 AVC Joint Final Committee Draft of JointVideo Specification (2002-8-10)
また、MPEG−2などのようにループフィルタを有していない画像符号化装置では、時空間で相関の小さいフィルムグレインが含まれていると、符号化効率(圧縮率)が劣化するという問題もある。
本発明は、映画等の画像の質感を損なうことなくかつ効率よく符号化する画像符号化方法、画像復号化方法を提供することを目的とする。
また、上記課題を解決するため本発明の画像符号化方法は、符号化の後に復号化されたピクチャから得られるピクチャを参照してピクチャを予測符号化する画像符号化方法であって、前記復号化されたピクチャにフィルタ処理を行うフィルタステップと、1つの前記復号化されたピクチャについてのフィルタ処理前後の2つのピクチャのうち、フィルタ処理後のピクチャを参照ピクチャと決定する第1決定ステップと、前記2つのピクチャのうちフィルタ処理前のピクチャを出力用ピクチャと決定する第2決定ステップとを有する構成としている。
この構成によれば、参照ピクチャはフィルムグレインが低減されているので、符号化効率を向上させ、かつ、出力用ピクチャはフィルムグレインが残るので映画の質感を損なわないという効果を有する。
ここで、前記開放ステップにおいて、参照ピクチャとしてもはや参照されなくなったときに、当該参照ピクチャの領域を開放する構成としてもよい。
ここで、前記画像符号化方法は、さらに、フィルタ処理前のピクチャとフィルタ処理後のピクチャの何れを出力用ピクチャとすべきかを指示する識別情報を符号化する符号化ステップを有する構成としてもよい。
また、本発明の画像符号化装置、画像復号化装置、プログラム、ストリームについても同様の構成、作用および効果を有しているので、説明を省略する。
<画像符号化装置100の構成>
図1は、本発明の実施の形態1における画像符号化装置の構成を示すブロック図である。同図のように、画像符号化装置100は、メモリ101、ピクチャ間予測部102、ピクチャ内予測部103、スイッチ104、減算器105、直交変換部106、量子化部107、多重化部108、逆量子化部109、逆直交変換部110、加算器111、フィルタ112および制御部113を備えている。
スイッチ104は、符号化対象ピクチャがPピクチャおよびBピクチャであるときピクチャ間予測部102側もしくはピクチャ内予測部103側のいずれか予測誤差の小さい方に接続し、符号化対象ピクチャがIピクチャであるときピクチャ内予測部103側に接続する。
直交変換部106は、減算器105からの予測誤差に直交変換を行う。この直交変換の結果を係数ブロックと呼ぶ。
多重化部108は、量子化部107からの量子化係数ブロックを可変長符号化し、さらに、可変長符号と、ピクチャ間予測部102に検出された動きベクトルを示す動きベクトル情報と、ピクチャ内予測部103からのピクチャ内予測モード情報と、スイッチ104の切り替えを示す選択情報と、メモリ101の格納されるピクチャについてのフィルタ適用情報等をストリームとして符号化する。
逆直交変換部110は、逆量子化部109からの係数ブロックを予測誤差に逆直交変換する。
加算器111は、逆直交変換部110からの予測誤差の各画素値と、ピクチャ間予測部102またはピクチャ内予測部103からスイッチ104を介して入力される予測画像中の各画素値と加算する。加算結果は、符号化対象ブロックに対応する復号ブロックである。
複数の復号ブロックが順次メモリ101に格納されることにより、フィルタを適用していないピクチャが再構成される。
図2は、画像符号化装置100が、図18に示した第1の例の予測構造で符号化する場合に、メモリ101にピクチャが格納される様子を示す説明図である。同図では、メモリ101が4ピクチャに対応する4つのメモリ領域を有している。4つのメモリ領域は、参照ピクチャを最大3枚まで格納するものとする。参照ピクチャを現に格納している最大3つのメモリ領域を参照領域と呼び、出力用ピクチャを現に格納しているメモリ領域を表示用領域と呼ぶ。参照領域および表示用領域は、物理的に固定された領域ではなく各メモリ領域の属性により区別される。この属性は格納されたピクチャが参照用であるか出力用であるかを示す。図中のfI0、fP3、fB1等はフィルタが適用されたピクチャを示し、I0、P3、B1等はフィルタが適用されないピクチャを示す。白抜きのメモリ領域は参照領域を、網掛けは表示用領域を示す。(1)〜(8)は、図18に示した符号化順で符号化および復号化(再構成)されるピクチャにそれぞれ対応している。
(2)では、フィルタリングされたピクチャfP3とフィルタリングされていないピクチャP3がそれぞれ再構成される。フィルタリングされていないピクチャP3が表示用領域に格納され、フィルタリングされたピクチャfP3が参照領域に格納される。
(7)では、フィルタリングされていないピクチャB5が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないのでフィルタリングされたピクチャfB5は再構成されない。再構築されたピクチャB5はメモリ101に格納されずに出力される。
図3は、画像符号化装置100が、図19に示した第2の例の予測構造で符号化する場合に、メモリ101にピクチャが格納される様子を示す説明図である。同図では、メモリ101が5ピクチャに対応する5つのメモリ領域を有している。5つのメモリ領域は、参照ピクチャを最大3枚まで格納するものとする。
(2)では、フィルタリングされたピクチャfP4とフィルタリングされていないピクチャP4がそれぞれ再構成される。フィルタリングされていないピクチャP4は表示用領域に格納され、フィルタリングされたピクチャfP4は参照領域に格納される。
(5)では、フィルタリングされていないピクチャB3が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないので、フィルタリングされたピクチャfB3は再構成されない。まず、表示領域からフィルタリングされていないピクチャB2が出力される。さらにフィルタリングされていないピクチャB3が参照領域に格納される。
(9)では、フィルタリングされていないピクチャB7が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないので、フィルタリングされたピクチャfB7は再構成されない。まず、表示領域からフィルタリングされていないピクチャB6が出力しその領域を開放する。さらにフィルタリングされていないピクチャB7が参照領域に格納される。
図4は、画像符号化装置100が、図19に示した第2の例の予測構造で符号化する場合に、メモリ101にピクチャが格納される様子を示す説明図である。同図では、メモリ101が、上記第2の格納例と比べて、メモリ領域が5つ用いる代わりに4つを用いる点が異なっている。参照領域が最大3メモリ領域であるという点は、同じである。この場合、メモリ領域が1つ少ないので表示領域が不足するケースが起こり得るので、復号化されたピクチャで出力されないものが発生することになる。出力されないピクチャがあるというデメリットがあるが、より少ないメモリ領域で全ピクチャを正常に符号化できるというメリットがある。
(2)では、フィルタリングされたピクチャfP4とフィルタリングされていないピクチャP4がそれぞれ再構成される。フィルタリングされていないピクチャP4は表示用領域に格納され、フィルタリングされたピクチャfP4は参照領域に格納される。第2の格納例と異なり、第3の格納例ではこの時点で空きメモリ領域がなくなっている。
(3)では、フィルタリングされたピクチャfB2とフィルタリングされていないピクチャB2がそれぞれ再構成される。フィルタリングされたピクチャfB2は参照ピクチャであるため必ず格納される必要がある。そのため、表示領域からフィルタリングされていないピクチャI0が出力して開放し、ピクチャI0出力後の空き領域に、ピクチャfB2が格納される。しかし、この時点で開放領域がないためピクチャB2を格納することができず、次の表示順のピクチャB1はまだ再構成されていない。そこで、次の表示順のピクチャB1を飛ばして、再構成されたピクチャB2が出力される。
(4)では、フィルタリングされていないピクチャB1が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないので、フィルタリングされたピクチャfB1は再構成されない。この時点でも開放領域がなく、また、表示順が後のピクチャB2が既に出力されているので、ピクチャB1も格納されない。
(5)では、フィルタリングされていないピクチャB3が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないので、フィルタリングされたピクチャfB3は再構成されない。次の表示順であるピクチャB2は出力済みなので、ピクチャB3が出力される。
(6)では、フィルタリングされたピクチャfP8とフィルタリングされていないピクチャP8がそれぞれ再構成される。まず、表示領域からフィルタリングされていないピクチャP4が出力されその領域が開放される。さらに、フィルタリングされていないピクチャP8が表示用領域に格納され、参照領域のピクチャfI0は(ピクチャI0が表示済のため)開放され、その領域にフィルタリングされたピクチャfP8が参照領域に格納される。
(7)では、フィルタリングされたピクチャfB6とフィルタリングされていないピクチャP6がそれぞれ再構成される。フィルタリングされたピクチャfB6は参照ピクチャであるため必ず格納される必要がある。表示領域にはピクチャB6よりも表示順が後のP8が格納されているので、次の表示順のピクチャB5を飛ばして再構成されたピクチャB6が出力される。参照領域のピクチャfP4は(ピクチャP4が表示済のため)開放され、その領域にピクチャfB6が格納される。
(8)では、フィルタリングされていないピクチャB5が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないので、フィルタリングされたピクチャfB5は再構成されない。ピクチャB5よりも表示順が後のB6が出力済なので、再構成されたB5はメモリ101に格納されることなく出力もされない。
(9)では、フィルタリングされていないピクチャB7が再構成される。このピクチャは参照ピクチャではないので、フィルタリングされたピクチャfB7は再構成されない。まず、フィルタリングされていないピクチャB7はメモリ101に格納されることなく出力される。
図5は、制御部113においてメモリ101にピクチャを格納および出力する第1のメモリ管理処理を示すフローチャートである。なお、再構成された直後のフィルタリングされたピクチャ又はフィルタリングされていないピクチャを対象ピクチャと呼ぶ。
参照ピクチャであると判定された場合、制御部113は、参照領域に格納可能な空きメモリ領域があるかどうかを判定し(S51)、空きメモリ領域がない場合、参照領域中で最初に格納されたピクチャを開放する(S52)。S51において空きメモリ領域があると判定された後、および、S52において開放された後、制御部113は、その空きメモリ領域又は開放された領域に、フィルタリングされた対象ピクチャを参照ピクチャとして格納する(S53)。
図5および図6に示した第1のメモリ管理処理では、参照ピクチャ(フィルタリングされた再構成ピクチャ)用にメモリ領域を最大1回開放し、かつ出力用ピクチャ(フィルタリングされていない再構成ピクチャ)用にメモリ領域が最大1回開放されることになる。
図7は、制御部113においてメモリ101にピクチャを格納および出力する第2のメモリ管理処理を示すフローチャートである。
参照ピクチャであると判定された場合、制御部113は、参照領域に格納可能な空きメモリ領域があるかどうかを判定し(S61)、空きメモリ領域がない場合、参照領域中で最初に格納されたピクチャを移動する(S62)。ここでの移動は、ピクチャをメモリ領域間で転送しないで、メモリ領域の属性を参照用から表示用に変更することである。
S60において参照ピクチャでないと判定された場合、制御部113は、参照領域と表示用領域とを合せたメモリ領域中に空きメモリ領域があるかどうかを判定する(S64)。空きメモリ領域がないと判定された場合、制御部113は、対象ピクチャが今後最初に出力(表示)すべきピクチャであるかどうかを判定し(S65)、今後最初に出力すべきピクチャである場合は、フィルタリングされていない対象ピクチャをメモリ501に格納しないで出力(表示)し(S66)、今後最初に出力すべきピクチャでない場合は領域確保処理を行い(S67)、再度S64に戻る。S64において空きメモリ領域があると判定された後、制御部113は、表示領域にフィルタリングされていない対象ピクチャを格納する(S68)。
上記S67およびS68における領域確保処理は、図6に示したフローチャートと同じでよい。
図8は、本発明の実施の形態1における画像復号化装置の構成を示すブロック図である。同図の画像復号化装置200は、メモリ201、ピクチャ間予測部202、ピクチャ内予測部203、スイッチ204、逆量子化部209、逆直交変換部210、加算器211、フィルタ212および分離部213を備える。分離部213は、ストリームから、動き情報、ピクチャ内予測モード情報、画像符号列等を分離する。ピクチャ間予測部202は、動き情報に基づいてピクチャ間予測による予測画像を生成する。ピクチャ内予測部203は、ピクチャ内予測モード情報に基づいてピクチャ内予測による予測画像を生成する。スイッチ204、逆量子化部209、逆直交変換部210、加算器211、フィルタ212は、それぞれ図1に示した同名の構成要素と同じ機能を有する。この画像復号化装置200における復号動作は画像符号化装置500における復号動作(ピクチャの再構成)と同じある。
実施の形態1における画像符号化装置100および画像復号化装置200は、図18や図19に示したピクチャ予測構造のように表示順と符号化順とでピクチャの並び替えを行う場合の構成を示した。本実施の形態では、並び替えを行わない予測構造の場合の画像符号化装置および画像復号化装置について説明する。
スイッチ114は、加算器111からの再構成ピクチャ(つまりフィルタリングされていないピクチャ)と、フィルタ112からの再構成ピクチャ(つまりフィルタリングされたピクチャ)とが入力され、フィルタ適用情報に従って何れかを選択的に出力する。
(1)フィルタリングした再構成ピクチャを参照ピクチャ、フィルタリングしないピクチャを出力ピクチャとして2ピクチャを格納する。
(2)フィルタリングしないピクチャを参照ピクチャとして1ピクチャを格納する。
(3)フィルタリングした再構成ピクチャを出力ピクチャとして1ピクチャを格納する。
更に、各ピクチャの表示順序に対応する符号POC(Picture Order Count)を各ピクチャに付加し、POCによって図5および図7のフローの実装をすることも可能である。同じ復号化ピクチャのフィルタリングした再構成ピクチャを参照ピクチャ、フィルタリングしないピクチャを出力ピクチャに同じPOCを付加し、参照領域のピクチャが表示領域のピクチャに移動された時点で参照領域から移動したピクチャのPOCが直前に出力したピクチャのPOC以下であれば出力済であると判断することができる。また、POCが同じピクチャが参照領域と表示領域にあるかどうかを検出することで、参照領域から表示領域にピクチャを移動した時点で開放すべきピクチャ(すなわち、参照ピクチャが出力に必要か不要か)の判断を行うことも可能である。なお、同じピクチャが参照領域と表示領域にあるかどうかの検出は、復号化したピクチャにユニークな番号(但し、フィルタリングした再構成ピクチャを参照ピクチャ、フィルタリングしないピクチャを出力ピクチャとする場合は両方に同じ番号)を付与し、参照領域から表示領域にピクチャを移動した時点で同じ番号が存在した場合に参照ピクチャが出力に不要であるとの判断を行うことも可能である。
さらに、上記各実施の形態で示した画像符号化方法または画像復号化方法の構成を実現するためのプログラムを、フレキシブルディスク等の記憶媒体に記録するようにすることにより、上記各実施の形態で示した処理を、独立したコンピュータシステムにおいて簡単に実施することが可能となる。
図12(b)は、フレキシブルディスクの正面からみた外観、断面構造、及びフレキシブルディスクを示し、図12(a)は、記録媒体本体であるフレキシブルディスクの物理フォーマットの例を示している。フレキシブルディスクFDはケースF内に内蔵され、該ディスクの表面には、同心円状に外周からは内周に向かって複数のトラックTrが形成され、各トラックは角度方向に16のセクタSeに分割されている。従って、上記プログラムを格納したフレキシブルディスクでは、上記フレキシブルディスクFD上に割り当てられた領域に、上記プログラムとしての画像符号化方法が記録されている。
図13から図16は、上記実施の形態で示した符号化処理または復号化処理を行う機器、およびこの機器を用いたシステムを説明する図である。
このコンテンツ供給システムex100は、例えば、インターネットex101にインターネットサービスプロバイダex102および電話網ex104、および基地局ex107〜ex110を介して、コンピュータex111、PDA(personal digital assistant)ex112、カメラex113、携帯電話ex114、カメラ付きの携帯電話ex115などの各機器が接続される。
カメラex113はデジタルビデオカメラ等の動画撮影が可能な機器である。また、携帯電話は、PDC(Personal Digital Communications)方式、CDMA(Code Division Multiple Access)方式、W−CDMA(Wideband-Code Division Multiple Access)方式、若しくはGSM(Global System for Mobile Communications)方式の携帯電話機、またはPHS(Personal Handyphone System)等であり、いずれでも構わない。
その一例として携帯電話について説明する。
図14は、上記実施の形態で説明した動画像符号化方法と動画像復号化方法を用いた携帯電話ex115を示す図である。携帯電話ex115は、基地局ex110との間で電波を送受信するためのアンテナex201、CCDカメラ等の映像、静止画を撮ることが可能なカメラ部ex203、カメラ部ex203で撮影した映像、アンテナex201で受信した映像等が復号化されたデータを表示する液晶ディスプレイ等の表示部ex202、操作キーex204群から構成される本体部、音声出力をするためのスピーカ等の音声出力部ex208、音声入力をするためのマイク等の音声入力部ex205、撮影した動画もしくは静止画のデータ、受信したメールのデータ、動画のデータもしくは静止画のデータ等、符号化されたデータまたは復号化されたデータを保存するための記録メディアex207、携帯電話ex115に記録メディアex207を装着可能とするためのスロット部ex206を有している。記録メディアex207はSDカード等のプラスチックケース内に電気的に書換えや消去が可能な不揮発性メモリであるEEPROM(Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory)の一種であるフラッシュメモリ素子を格納したものである。
携帯電話ex115は、CPU、ROM及びRAM等でなる主制御部ex311の制御に基づいて、音声通話モード時に音声入力部ex205で集音した音声信号を音声処理部ex305によってディジタル音声データに変換し、これを変復調回路部ex306でスペクトラム拡散処理し、送受信回路部ex301でディジタルアナログ変換処理及び周波数変換処理を施した後にアンテナex201を介して送信する。また携帯電話機ex115は、音声通話モード時にアンテナex201で受信した受信信号を増幅して周波数変換処理及びアナログディジタル変換処理を施し、変復調回路部ex306でスペクトラム逆拡散処理し、音声処理部ex305によってアナログ音声信号に変換した後、これを音声出力部ex208を介して出力する。
また、アンテナex201を介して受信された多重化データを復号化するには、多重分離部ex308は、多重化データを分離することにより画像データの符号化ビットストリームと音声データの符号化ビットストリームとに分け、同期バスex313を介して当該符号化画像データを画像復号化部ex309に供給すると共に当該音声データを音声処理部ex305に供給する。
また、上記携帯電話ex114等の端末は、符号化器・復号化器を両方持つ送受信型の端末の他に、符号化器のみの送信端末、復号化器のみの受信端末の3通りの実装形式が考えられる。
また、本発明はかかる上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱することなく種々の変形又は修正が可能である。
101 メモリ
102 ピクチャ間予測部
103 ピクチャ内予測部
104 スイッチ
105 減算器
106 直交変換部
107 量子化部
108 多重化部
109 逆量子化部
110 逆直交変換部
111 加算器
112 フィルタ
113 制御部
200 画像復号化装置
201 メモリ
202 ピクチャ間予測部
203 ピクチャ内予測部
204 スイッチ
209 逆量子化部
210 逆直交変換部
211 加算器
212 フィルタ
213 分離部
214 制御部
Claims (7)
- ビットストリームを復号化する画像復号化方法であって、
前記ビットストリームに含まれる符号化画像を復号化して復号化画像を生成し、
前記復号化画像をフィルタ処理しフィルタ処理後の画像を生成し、
前記ビットストリームから、前記復号化画像と前記フィルタ処理後画像の何れを表示画像として出力するかを示す識別情報を抽出し、
前記復号化画像が参照画像であり前記識別情報が前記復号化画像を表示画像として出力することを示している場合に、前記フィルタ処理後画像を参照画像として参照メモリに記憶し、前記復号化画像を表示画像として出力する
ことを特徴とする画像復号化方法。 - 前記画像復号化方法は、さらに、
前記復号化画像が参照画像であり前記識別情報が前記フィルタ処理後画像を表示画像として出力することを示している場合に、前記フィルタ処理後画像を参照画像として参照メモリに記憶し、前記フィルタ処理後画像を表示画像として出力する
ことを特徴とする請求項1記載の画像復号化方法。 - 前記画像復号化方法は、
前記識別情報が所定の画像と前記所定の画像に続くおのおのの画像とに適用される
ことを特徴とする請求項1記載の画像復号化方法。 - ビットストリームを復号化する画像復号化装置であって、
前記ビットストリームに含まれる符号化画像を復号化して復号化画像を生成する復号部と、
前記復号化画像をフィルタ処理しフィルタ処理後の画像を生成するフィルタ部と、
前記ビットストリームから、前記復号化画像と前記フィルタ処理後画像の何れを表示画像として出力するかを示す識別情報を抽出する抽出部と、
前記フィルタ処理後画像を参照画像として参照メモリに記憶する記憶部と、
前記復号化画像が参照画像であり前記識別情報が前記復号化画像を表示画像として出力
することを示している場合に、前記復号化画像を表示画像として出力する表示画像出力部と
を備えることを特徴とする画像復号化装置。 - 前記表示画像出力部は、さらに、
前記復号化画像が参照画像であり前記識別情報が前記フィルタ処理後画像を表示画像として出力することを示している場合に、前記フィルタ処理後画像を表示画像として出力する
ことを特徴とする請求項4記載の画像復号化装置。 - 前記画像復号化装置において、
前記識別情報が所定の画像と前記所定の画像に続くおのおのの画像とに適用される
ことを特徴とする請求項4記載の画像復号化装置。 - 請求項1から請求項3のいずれか1つに記載の画像復号化方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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