JP4956527B2 - 量子化誤差を低減する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載された方法および請求項８の上位概念に記載された装置に関する。

情報の圧縮では、損失のない圧縮技術と、損失を有する圧縮技術とが区別される。例えばＬｅｍｐｅｌ−Ｚｉｖ符号化またはハフマン符号化のような損失のない圧縮技術では、圧縮された情報から、元々の圧縮されていない情報を誤りなしに再構成することができる。このような方法において高い圧縮率が達成されるのは、圧縮すべき情報が所定の構造を有する場合だけである。これに対して、例えばＪＰＥＧ方式(JPEG Joint Picture Expert Group)、ＭＰＥＧ２方式(MPEG Motion Picture Expert Group)、またはＡＡＣ方式（AAC Adaptive Audio Coding）などの損失を有する圧縮技術を用いれば、高い圧縮率を達成することができる。しかしながらこの際には、圧縮された情報から、元々の圧縮されていない情報を誤りなしに再現できないこと受け入れなければならない。多くの場合、圧縮率を上げると共に、伸張された情報された情報における誤りが増大する。例えばＪＰＥＧ画像圧縮方式では、伸張された画像内にブロックアーチファクトが見えてしまうのである。

図１にはＪＰＥＧエンコーダＪＣの簡略化されたエンコードユニットが例示されている。ここでは、圧縮すべき画像ＩＭは、例えば８×８の画素を有する画像ブロックＢＢに分割される。ＪＰＥＧエンコーダＪＣ内の後続の処理は、この画像ブロックに基づいて行われる。各ブロックは、まず離散コサイン変換ＦＤＣＴを用いて周波数領域に変換される。ここで係数Ｘが発生する。各係数Ｘには量子化ＦＱが行われ、ここでこの量子化、すなわち量子化係数Ｑは、第１のテーブルＴＳ１によって制御される。ここで量子化された係数Ｚが形成される。つぎに例えばハフマン符号化であるエントロピー符号化が、エントロピーエンコーダＥＣによって行われる。このエントロピーエンコーダＥＣは第２のテーブルＴＳ２によって制御される。このエントロピー符号化部の出力側では、符号化された画像データがファイルＪＤＳに書き込まれる。

図２には、ＪＰＥＧデコーダＪＤの復号化ユニットの簡略化された図が例示されている。符号化された画像データは、ファイルＪＤＳから読み出され、エントロピーデコーダＥＤに供給されてエントロピー復号化が行われる。このエントロピーデコーダＥＤは第２のテーブルＴＳ２によって制御される。

このエントロピーデコーダの出力側では、量子化された係数Ｚが得られる。これらの係数Ｚは引き続いて逆量子化モジュールＦＩＱによって逆量子化され、ここでは第１のテーブルＴＳ１によってこの逆量子化が制御される。この逆量子化モジュールＦＩＱによって、再構成された係数Ｙが得られる。最後にこれらの係数が、逆離散コサイン変換ＩＤＣＴによって周波数領域から空間領域に変換されて、再構成された画像ＩＭ′が、相応する空間位置にファイルされる。

量子化は、損失を有する圧縮技術内でしばしば使用される手法である。つぎの式によって上記の量子化の機能を表すことでき、

であり、ただしＸは、量子化されていない値ないしは係数を、Ｚは、量子化された値ないしは量子化された係数、またＱは量子化係数をそれぞれ表す。

なる表現が示すのは、小数部をすべて取り除くことである。すなわち、式（１）は、計算結果が整数になる除算を表しているのである。

例えば係数Ｘを８ビットで表す場合、この係数Ｘは０〜２５５の数の範囲をとることができる。上記の量子化により、量子化係数Ｑに依存して、量子化された係数Ｚの数の範囲の大きさが小さくなる。例えば、量子化係数Ｑ＝８であり、式（１）を使用して、量子化された係数を計算する場合、量子化された係数Ｚは、０〜１５の数値しかとり得ないのである。量子化係数Ｑが大きければ大きいほど圧縮率は高くなる。

元々の量子化されていない係数Ｘを再構成するため、つぎの第２の式
Ｙ＝Ｚ＊Ｑ （２）
を使用することができ、ここでこの式は逆量子化に相当し、また参照符号Ｙは、再構成された値ないしは再構成された係数を表す。

式（１）において小数部を切り捨てることによって情報が失われるため、再構成される係数Ｙと、係数Ｘとが一致しない、すなわちＹ≠Ｘであることが多いのである。この場合、第１量子化誤差ＱＦ１が発生し、これは、例えばつぎの式によってその数値を求めることができる。すなわち

である。

式（３）が示しているのは単に、第１の量子化誤差ＱＦ１に対して考えられる計算の例である。さらなる説明については、例えば、文献［１］の第２．２．１．２章を参照されたい。

第１の量子化誤差ＱＦ１を低減するため、逆量子化内に補正値を導入することができる。このために２つの例を詳しく説明する。式
Ｙ＝（Ｚ＋１／２）＊Ｑ （４）
によって上記の量子化誤差を低減する。しかしながら式（４）によって、低減された量子化誤差が得られるのは、上記の量子化係数Ｑによって決まる量子化区間内で均一に分布したＸに対してだけである。係数Ｘが均一に分布していない場合、式（４）によって最小の量子化誤差が得られることはない。

第２の例を式
Ｙ＝（Ｚ＋ＫＷ）＊Ｑ （５）
によって説明する。ここでは補正値ＫＷによって、均一に分布していない係数Ｘについての適合化が行われる。例えば、刊行物［２］によって供給されるビデオ符号化ソフトウェアから公知であるのは、ＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲ符号化される係数Ｘに対して補正値ＫＷ＝１／３を、またＲＥＳＩＤＵＡＬ符号化される係数Ｘに対して補正値ＫＷ＝１／６を固定に設定することである。ＲＥＳＩＤＵＡＬ符号化というのは、例えば双方向の符号化のことである。

本発明の課題は、方法および装置を提供して、この方法ないしは装置によって簡単に、圧縮処理における量子化誤差を従来技術に比べてより一層低減することである。

この課題は、請求項１の上位概念に記載された方法から出発して、その特徴部分に記載された特徴的構成によって解決される。さらに上記の課題は、請求項１８の上位概念に記載された装置から出発して、その特徴部分に記載された特徴的構成によって解決される。

本発明の別の発展形態は従属請求項に記載されている。

圧縮処理の枠内で、量子化された係数を逆量子化する際の量子化誤差を低減する方法であって、この量子化誤差は、逆量子化後の量子化された係数と、量子化の前のこれに対応する係数との間の差分を表す形式の方法において、量子化された係数の圧縮に特徴的な少なくとも１つのパラメタを選択し、こここで少なくとも２つの特徴的なパラメタを選択し、これらの２つの特徴的なパラメタのうちの１つが、時間的な予想モードに相応する場合、上記の選択した少なくとも１つのパラメタに依存して補正値を選択し、補正値と上記の量子化された係数を加えた後、逆量子化を行う。

少なくとも１つの特徴的なパラメタを使用して補正値を選択することによって、最適な補正値を見つけることができ、ここでこの最適な補正値により、量子化された係数についての少なくとも１つの特徴的なパラメタの統計的な特性が考慮され、ひいてはこのような考慮を行わない場合よりも量子化誤差が小さくなる。さらに複数の特徴的なパラメタを考慮することによって、都度最適な補正値を見つけることができる。ここでこの最適な補正値により、上記の特徴的なパラメタによって符号化される、量子化された係数に対して、極めてわずかな量子化誤差しか発生しない。一般的には量子化誤差は、考慮する特徴的なパラメタを増すと減少する。さらに最適な補正値の算出はオフラインで行うことができるため、圧縮処理の実施中には、補正値を選択するためにわずかな処理コストしか必要としない。ここでのオフラインとは、例えば、１つまたは複数のテストシーケンスを用い、１つまたは複数の特徴的なパラメタに対して最適な補正値を求めることである。この場合、量子化された係数を逆量子化する際に、算出したこれらの最適な補正値を使用して、補正値を高速に求めることができる。処理コストが少ないことは殊に小さな装置において、例えば移動無線電話において大変有利である。それはこれによって電流消費が小さくなるからである。

特徴的なパラメタとして有利には、量子化された係数、量子化係数、ブロックのブロックサイズ、少なくとも１つの周波数値および／または時間的な予測モードが考慮され、ここで上記の１つのブロックは、複数の量子化された係数を含んでおりかつ複数のブロックサイズを有するこのブロックは、量子化された係数を含んでおり、上記の量子化された係数は、少なくとも１つの周波数値の振幅を表し、また上記の時間的な予測モードは、例えばＩＮＴＲＡ予測モード、ＩＮＴＥＲ予測モードおよび／またはＲＥＳＩＤＵＡＬ予測モードである。これらの特徴的なパラメタのうちの１つまたは複数のパラメタを使用することによって、量子化された係数の符号化特性に補正値を最適に適合させることができる。

択一的な実施形態では、少なくとも１つの補正値に対し、少なくとも１つの特徴的なパラメタに依存して、例えば、少なくとも１つのテストシーケンスに基づいて推定関数を形成し、圧縮処理においてこの推定関数を用いて補正値を求める。これによって補正値を選択する際に簡単になる。それは上記の推定関数から補正値を取り出すことができるからである。さらに、少なくとも２つの特徴的なパラメタに対して別の推定関数を使用する場合、使用する特徴的なパラメタの統計的な特性に各推定関数を一層精確に適合させることできる。ビデオ符号化では推定関数として、ラプラス関数が良好であることが判明している。それはこの関数により、量子化された係数の分布が良好に近似されるからである。

さらに上記の補正値が、推定関数とは別の手法で求め、推定関数を使用して補正値に対する推定値を形成し、差分値を補正値と推定値とから形成し、また形成したこの差分値を圧縮処理の符号化装置からこの圧縮処理の復号化装置に伝送する場合、補正値をシグナリングするために伝送すべきデータ量を少なく維持することができる。それは差分値だけを伝送するからである。

有利には複数の補正値または差分値を、圧縮処理の符号化装置からこの圧縮処理の復号化装置に伝送する。この際に１つの補正値だけが１つの特徴的なパラメタに対応付けられるのではなく、特徴的なパラメタの値に依存して最適な補正値を選択することができる。

さらに伝送の前に少なくとも１つの特徴的なパラメタに依存して補正値および／または差分値の区分的な線形化を行う場合、補正値および差分値に対して伝送すべきデータ量をさらに少なくすることができる。

有利には少なくとも１つの特徴的なパラメタの選択に基づいて補正値を求めて、量子化された係数の係数グループの量子化誤差が、上記の選択の特徴的なパラメタによって最小化されるようにする。ここで各逆量子化は、補正値と、係数グループの量子化された係数とを加えた後に行われる。この拡張によって、ほぼ最適な補正値を決定することができる。さらに係数グループを所定の時点に新たに形成し、この時点をあらかじめ固定的に設定した時点によって、またはすでに量子化された係数の数によって決定する場合、すでに処理済みの量子化された係数に依存して、係数グループに対する補正値を適合させることができる。これによって量子化誤差がさらに低減される。

有利には圧縮法としてビデオ符号化法、例えばＨ．２６４標準に準拠するビデオ符号化法を選択する。それはまさにこのビデオ符号化法において、本発明の方法を適用することによって、格段の画質の改善が達成できるからである。

さらに、上記の量子化された係数の係数グループを、少なくとも１つの画像ブロックから、または画像ブロックからなる少なくとも１つのグループから、または少なくとも１つの画像から取り出す。これによって上記の圧縮法、例えばビデオ符号化法によってあらかじめ設定される符号化構造に対して、係数グループおよびこれに対応する最適な補正値を求め、またそれぞれの量子化誤差を最小に維持することができるのである。

さらに本発明は、圧縮処理の枠内で、量子化された係数を逆量子化する際の量子化誤差を低減する装置に関しており、この量子化誤差は、逆量子化後の量子化された係数と、量子化の前のこれに対応する係数との間の差分である。ここでは補正値ユニットを構成して、量子化された係数の圧縮に特徴的な少なくとも１つのパラメタが選択され、ここで少なくとも２つの特徴的なパラメタが選択され、これらの２つの特徴的なパラメタのうちの１つが、時間的な予想モードに相応する場合、上記の選択した少なくとも１つのパラメタに依存して補正値が選択され、この補正値と上記の量子化された係数とが加えられた後、逆量子化が行われるようにする。この装置によって、本発明の方法を実現して実施することができる。

上記の装置は有利には補正値分析ユニットを有しており、この補正値分析ユニットを構成して、少なくとも１つの特徴的なパラメタの選択に基づいて補正値が求められて、量子化された係数の係数グループの量子化誤差が、上記の選択の特徴的なパラメタによって最小化されるようにする。ここで各逆量子化は、補正値と、係数グループの量子化された係数とを加えた後に行われる。上記の補正値分析ユニットを使用することにより、係数グループが形成されることによって最小の補正値が得られる。ここで係数グループの複数の量子化された係数は、最適な補正値を求めようとする量子化された係数と同じ特徴的なパラメタで符号化されたものである。上記の係数グループを形成することによって、係数グループ内のすべての量子化された係数に対して最適な補正値である１つまたは複数の補正値が形成される。

本発明およびその発展形態を以下、図面に基づいて詳しく説明する。

ここで、
図１は、ＪＰＥＧエンコーダ（従来技術）の概略構造を示しており、
図２は、ＪＰＥＧデコーダ（従来技術）の概略構造を示しており、
図３は、本発明の方法に対して補正値を形成するＪＰＥＧエンコーダの変形構造を示しており、
図４は、量子化段に依存して最適化された補正値の線図を示しており、
図５は、補正値を考慮して本発明の方法を実施するＪＰＥＧデコーダの変形構造を示しており、
図６は、量子化された係数および量子化係数に依存して最適化された補正値の線図を示しており、
図７は、量子化係数に依存して正規化された差分値の線図を示しており、
図８は、符号化された２つのビデオ信号のそれぞれの画質の線図を示しており、
図９は、本発明の方法を実施する移動式端末装置およびビデオサーバを有するシステムを示している。

同様の機能および作用を有する要素には図１〜９において同一の参照記号が付されている。

図１および２については冒頭で詳しく評価したため、ここではこれらの図について詳しく立ち入らない。

図３および５を用いて本発明の方法を詳しく説明する。図３は図１に基づいており、ここでは補正値ユニットＫＷＥが補われている。図３では画像ＩＭから圧縮データが形成され、このデータが第１ファイルＪＤＳ１に記憶される。量子化係数Ｑによる量子化では、量子化された係数Ｚが係数Ｘ毎に形成される。ここでは量子化係数Ｑ，係数Ｘ、および量子化された係数Ｚが、係数の集合として補正値ユニットＫＷＥに供給される。この補正値ユニットＫＷＥには、例えば、ＱＦ１＝（Ｘ−Ｚ＊Ｑ）^２から形成される第１の量子化誤差が記憶されている。さらに各第１量子化誤差ＱＦ１について、使用される量子化係数Ｑが記憶されている。つぎのテーブルは、５つの係数の集合によってこれを例示的に示しており、これらの係数の集合には１〜５の番号が付されている。
番号 X Z Q QF1 KW Y
1 100 12 8 16 5/16 98.5
2 117 23 5 4 2/5 117
3 37 7 5 4 2/5 37
4 47 15 3 4 2/3 47
5 105 13 8 1 5/16 106.5

例えば、係数Ｘ＝１００かつ量子化係数Ｑ＝８の場合、量子化された係数Ｚ＝１２および第１量子化誤差ＱＦ１＝１６が得られる。以下では補正値ユニットＫＷＥにより、式（５）が使用されて逆量子化の後の量子化誤差ＱＦを最小化する補正値ＫＷが求められる。
計算の際の補正値ＫＷを考慮すると、量子化誤差ＱＦ
QF = (X-Y)² = (X-Q*(Z+KW))² = (X-Q*Z-KW*Q)² (6)
が得られる。

最適の補正値ＫＷを求めるため、式（６）を補正値に依存して最小化する。例えば、補正値ＫＷについて微分してゼロとおく。すなわち

である。

１つよりも多くの係数集合について補正値ＫＷに対する量子化誤差ＱＦを求めようとする場合、各係数集合の微分した量子化誤差ＱＦ′を足し合わせて、足し合わせた結果をゼロとおく。この計算に際に考慮した量子化された係数は、１つの係数グループＧにまとめられる。この係数グループＧの量子化された係数を参照符号Ｚｎで表す。式（７）を使用すると、例えば、量子化係数Ｑ＝３の第４の係数集合に対して最適な補正値はＫＷ＝２／３になる。量子化係数Ｑ＝８を有する第１および第５の係数集合に対して、共通の最適な補正値はＫＷ＝５／１６である。上記のテーブルにおいて最適な補正値ＫＷが記入されている。求めた最適な補正値ＫＷは、例えば、第１ファイルＪＤＳ１に記憶される。この補正値ないしはこれらの補正値ＫＷは最適であると称される。それはこれらの補正値により、式（７）にしたがって最小の量子化誤差ＱＦが得られるからである。本発明は、式（６）および（７）を使用して最適な補正値ＫＷを求めることには限定されない。むしろこれに対して、例えば、種々異なる補正値ＫＷを試みるなどの任意の最適化手法を使用することができる。また補正値ＫＷを形成するために、量子化段Ｑ毎に相異なる最適化手法を適用することも可能である。このことは、別の特徴的なパラメタＰを量子化段Ｑとして利用する場合に同様に当てはまる。

択一的な実施形態ではすべての量子化係数Ｑに対して１つの最適な補正値ＫＷを求めることができる。ここでこれは各係数集合の微分した量子化誤差ＱＦ′を足し合わせてその結果をゼロとすることよって行われる。上記の実施例に対して補正値ＫＷ＝６／１７が得られる。

図４には最適な補正値の関数ＫＷが量子化係数Ｑについて例示的にプロットされている。図４においてこの関数は、参照符号ＫＷ（Ｑ）で示されている。

図５には図２の復号化ユニットをベースとする復号化ユニットが示されている。ここでは図２に対して付加的に１つまたは複数の補正値ＫＷが、符号化された画像データを復号化する際に第１データＪＤＳ１から読み出され、これは例えば、補正値分析ユニットＫＷＡによって行われる。

逆量子化モジュールＦＩＱによる逆量子化の前、量子化された係数Ｚと、これに対応する補正値ＫＷとが加算される。この後に逆量子化が行われる。択一的な実施形態では、逆量子化の後はじめて、再構成された係数Ｙに値ＫＷ＊Ｑを加えることができる。これにより、再構成された係数Ｙ＝Ｚ＊Ｑ＋ＫＷ＊Ｑが得られる。上記のテーブルには、最適な補正値ＫＷによって再構成された係数Ｙが記入されている。

図３ないしは５に記載された実施例では、各量子化係数Ｑを考慮して最適な補正値ＫＷを求めている。ここの基礎になっている知識は、係数Ｘの頻度分布が量子化係数Ｑに応じて変化し、ひいては各量子化係数Ｑに対応する補正値ＫＷを用れば、最小の量子化誤差ＱＦが得られるということである。量子化係数Ｑは単に、最適な補正値ＫＷを求める際に考慮に入れることができる考えられる特徴的なパラメタＰのうちの１つである。択一的には例えば、量子化係数Ｑの代わりに、量子化された係数Ｚを特徴的なパラメタＰとして考慮する。ここでは１つまたは複数の量子化された係数Ｚに対して、１つずつの係数グループＧを形成し、係数グループＧ毎に最適な補正値ＫＷを形成することができる。例えば、上記の量子化された係数Ｚは、０〜９の値の範囲および１０〜２０の範囲の別個の２つの係数グループＧに分けられ、係数グループＧ毎に最適な補正値ＫＷを計算するのである。

本発明の方法の別の変形実施形態では、少なくとも２つの特徴的なパラメタＰを使用して係数グループＧを形成し、ひいては最適な補正値ＫＷを求める。図６では量子化係数Ｑ＝２０，Ｑ＝５０，Ｑ＝１００およびＱ＝２００に対し、最適な補正値の１つずつの関数ＫＷが、量子化された係数Ｚに依存して求められている。図６ではこのような関数が、例えば、ＫＷ（Ｚ，Ｑ＝２００）で示されており、この出力結果によって示されるのは、量子化係数Ｑ＝２００の場合、量子化された係数Ｚに依存する最適な補正値ＫＷをこの関数から読み取れることである。量子化係数Ｑ＝２００および量子化された係数Ｚ＝２００に対する最適な補正値ＫＷは、ＫＷ＝ＫＷ（Ｚ＝２００，Ｑ＝２００）＝０．３５になる。複数の特徴的なパラメタＰを使用する際には、例えば、ラグランジュ法を使用して最適な補正値ＫＷを求めることができる。

本発明の方法は、例えば、ビデオ符号化法に使用される。この際には上記の量子化係数Ｑおよび／または量子化された係数Ｚの他に、つぎのような特徴的なパラメタＰを付加的および／または択一的に利用して最適な補正値ＫＷを求めることができる。

− ブロックサイズＢＧ
ブロックベースのビデオ符号化法では、画像データは、例えば４×４，８×８または１６×１６画素のブロックサイズＢＧを有する画像ブロックに分割される。量子化された係数Ｚが存在する画像ブロックＢＢのブロックサイズＢＧに依存して、量子化された係数Ｚに対する最適な補正値ＫＷを求めることができる。

−周波数値ＦＷ：ＪＰＥＧまたはＨ．２６４などのブロックベースの圧縮法において、８×８画素サイズの画像ブロックは、空間領域から周波数領域ないしは周波数領域から空間領域に変換される。図１においてこれは離散コサイン変換ＦＤＣＴないしは逆コサイン変換ＩＤＣＴによって行われる。ここで各係数Ｘおよびこれに対応する量子化された係数Ｚは、変換された画像ブロック内で、特有の２次元周波数値ＦＷを表し、この周波数値ＦＷの振幅は係数Ｘに相応する。したがって、例えば、周波数値ＦＷ毎に、対応する最適な補正値が形成される。さらに量子化された係数ＺのグループＧを複数の周波数値ＦＷから形成することができる。したがって、例えば、直流成分ＤＣを有する周波数値ＦＷに対して、別のすべての周波数値ＦＷに対して、すなわち、非直流成分ＡＣに対して１つずつの固有の最適な補正値ＫＷが形成されるのである。

− 時間的な予測モードＰＭ：
圧縮法において、圧縮率を上げるため時間的な予測を利用することができる。このような時間的な予測は当業者にはＩＮＴＲＡ予測モードＩＮＴＲＡ，ＩＮＴＥＲ予測モードＩＮＴＥＲおよびＲＥＳＩＤＵＡＬ予測モードＲＥＳとして、例えば、文献［１］または［２］から公知であるため、その動作の仕方についてさらに述べない。例えば、ＩＮＴＥＲ予測モードを用いて係数Ｘを符号化する。最適な補正値ＫＷを求める際に特徴的なパラメタＰとしてＩＮＴＥＲ予測モードを選択する。

つぎの例では３つの特徴的なパラメタＰに基づいて１つのずつの最適な補正値ＫＷを割り当てる。
PM FW BG KW
INTRA DC 4x4 0.43
INTRA AC 4x4 0.27
INTRA AC 16x16 0.33
INTER DC 4x4 0.12
INTER AC 4x4 0.22
INTER AC 16x16 0.55
RES DC 4x4 0.05
RES AC 4x4 0.30

補正値ＫＷを有するこのテーブルが示しているのは、例えば、特徴的なパラメタＰ「ＩＮＴＲＡ ＡＣ １６×１６」によって符号化された、量子化された係数Ｚが、補正値ＫＷ＝０．３３によって逆量子化されることである。量子化された係数Ｚに対してこのテーブルに相応するエントリが見つからない場合、量子化された係数Ｚの特徴的なパラメタＰに最も近い特徴的なパラメタＰの組み合わせがこのテーブルから選択される。量子化された係数Ｚが、例えば「ＩＮＴＥＲ ＡＣ ４×８」によって符号化された場合、「ＩＮＴＥＲ ＡＣ ４×８」に最も近い「ＩＮＴＥＲ ＡＣ ４×４」の組み合わせを選択して、補正値をＫＷ＝０．２２に決定することができる。

さらに、特徴的なパラメタＰ，例えば、時間的な予測モードＰＭを単独ではなく、別の特徴的なパラメタ、例えば、ブロックサイズＢＧとの組み合わせにおいてのみ使用することが有利であることもある。

ここまでの例では、補正値ＫＷを復号化ユニットにおける逆量子化の際に使用していた。多くの圧縮法、例えば、ビデオ符号化標準ＭＰＥＧ−４では、符号化された画像を復号化して、ＩＮＴＥＲ予測モードの枠内において時間的に過去の画像を使用できるようにしている。この場合、量子化された係数Ｚの逆量子化も実行される。ここでも本発明の方法を利用することができるが、保証すべきであるのは、固有に量子化された係数Ｚの逆量子化の際に符号化ユニットおよび復号化ユニットによって同じ補正値ＫＷが使用されることである。そうでなければ符号化ユニットおよび復号化ユニットは同期的に動作せず、この圧縮法によって誤りを伴った復号化画像ＩＭ′が発生してしまう。

以下では係数グループＧの形成を詳しく説明する。図３に記載したこの実施例においてまず画像ＩＭを完全に符号化する。その後、１つまたは複数の係数グループＧを形成する。ここで各係数グループＧは、少なくとも１つの特徴的なパラメタＰを有する複数の量子化された係数Ｚｎとみなされる。したがって、例えば、量子化係数Ｑ＝５を有するすべての量子化された係数は、１つの係数グループＧにまとめられ、またこの係数グループＧに対して量子化誤差ＱＦが最小化されるかないしは最適な補正値ＫＷが求められる。すべての量子化された係数を考慮する代わりに所定の量子化された係数だけを考察して１つまたは複数の係数グループＧを形成することができる。したがって少なくとも１つの画像ブロックＢＢ、および／または画像ブロックの少なくとも１つのグループＧＯＢおよび／または少なくとも１つの画像ＩＭの量子化された係数Ｚｎを考慮することができる。

さらに実践において有利であり得るのは、圧縮処理を実行する間に少なくとも１つの係数グループＧを新たに作成して、この新たに作成した係数グループＧに対して量子化誤差ＱＦを最小化するないしは１つまたは複数の最適な補正値ＫＷを計算することである。これが実行される時点は、例えば、すでに量子化された係数Ｚの数に依存するか、またはあらかじめ固定的に設定された時点ＴＯに実行される。

本発明の方法の択一的な実施形態では補正値ＫＷを選択するための推定関数ＳＦを使用する。この推定関数ＳＦの役割は、補正値ＫＷをこの推定関数ＳＦから得られるようにすることである。例えば、ビデオ圧縮法Ｈ．２６４についてはサイズ４×４，８×８および１６×１６のブロックサイズＢＧである特徴的なパラメタＰに対して推定関数ＳＦを利用すべきである。この推定関数ＳＦを求めるため、オフラインで、例えば、ブロックサイズ４×４，８×８および１６×１６の１つまたは複数のテストシーケンスを用いて符号化し、またブロックサイズ毎にこのテストシーケンスの量子化された係数から係数グループＧを形成する。つぎに係数グループＧ毎に最適な補正値ＫＷを求める。例えば、ＫＷ（ＢＧ＝４×４）＝０．７，ＫＷ（ＢＧ＝８×８）＝０．５およびＫＷ（ＢＧ＝１６×１６）＝０．２である。したがって上記の推定関数ＳＦによって、ＢＧ＝４×４，ＢＧ＝８×８およびＢＧ＝１６×１６の個所にこれに対応する最適な補正値ＫＷが得られる。この推定関数ＳＦは符号化および／または復号化ユニットに記憶されており、符号化および／または復号化に使用して、圧縮法を実施する際に補正値ＫＷを選択することができる。ここで有利であるのは、推定関数ＳＦがオフラインで求められることである。さらに推定関数ＳＦを使用することは有利である。なぜならば、符号化ユニットも復号化ユニットも共に補正値ＫＷを推定関数ＳＦから得ることができるため、図３および図５の実施例と比べて補正値ＫＷの伝送を行わなくてもよいからである。

推定関数ＳＦは、複数の特徴的なパラメタＰに依存して形成することも可能である。推定関数ＳＦを計算によって求めるのに加えて、計算によって求められる推定関数に対する近似である統計的な関数、例えば、ラプラス関数を使用することも可能である。図４では量子化係数（Ｑ）に依存する推定関数（Ｑ）を見て取ることができる。図４においてこの推定関数ＳＦ（Ｑ）は、量子化係数Ｑが大きい場合、最適な補正値ＫＷから偏差している。このため、本発明の方法の１つの拡張では、この差分、例えば、ＵＷ＝ＳＫ−ＫＷを特徴付ける差分値ＵＷを形成することができる。図７には差分値の関数ＵＷが量子化係数Ｑに依存して示されている。これは参照符号ＵＷ′（Ｑ）で示されている。ここでは最大差分値が１に正規化されて表されている。この差分値ＵＷないしは差分値を有する関数は、符号化ユニットから復号化ユニットに伝送することでき、またこの場合に逆量子化の際にこれが考慮される。例えば、所定の量子化係数ＱにおいてＹ＝（Ｚ＋ＳＦ−ＵＷ）＊Ｑとなる。図３および５の例では、差分値ＵＷは第１のデータＪＤＳ１に記憶される。図３の例では、推定関数ＳＦおよび／または差分値ＵＷを補正値ユニットＫＷＥにおいて求めることができる。図５の例では、補正値分析ユニットＫＷＡを用いて推定関数ＳＦおよび／または差分値ＵＷを処理することができる。

推定関数ＳＦおよび／または差分値ＵＷの関数を伝送するためにも、また記憶するためにも比較的多くのデータ量を伝送ないしは記憶しなければならない。これは、例えばテーブル形式で行うことができる。このデータ量を低減するために伝送ないしは記憶の前に推定関数および／または差分値の関数を区分的に線形にすることができる。これは図７において、ＵＷ″（Ｑ）で示されている破線の関数で表されている。区分的な線形化の算出または線形化のための別の手法の算出は、例えば、刊行物［３］の第３章および第４章から得ることができる。

これまでの実施例では、係数Ｘないしは量子化された係数Ｚに対して正の値を使用した。本発明の方法は、正の値にも負の値にも共に使用することができる。また補正値ＫＷも正の値または負の値をとることができる。

上では図３および５を用いて本発明の方法を説明した。図５は一般的に符号化ユニットＪＣを表しており、このユニットは、例えば、ＪＰＥＧである画像符号化法に代わりに、例えばビデオ符号化法またはオーディオ符号化法などの別の圧縮法を実現することも可能である。符号化ユニットＥＣがビデオ符号化法を表す場合、量子化係数Ｑの代わりにまたはこれに加えてブロックサイズＢＧ、少なくとも１つの周波数値ＦＷまたは／および時間的な予測モードＰＭを特徴的なパラメタＰとして考慮することができる。このことは図３において破線で明示されている。このことは図５についても同様に当てはまり、ここで参照符号ＪＤは一般的に圧縮方法の復号化ユニットを表している。

図８では、符号化されたビデオシーケンスの秒当たりのキロビットｋｂｉｔ／ｓのビットレートＢＲに依存して、符号化されたビデオシーケンスの画質ＰＳＮＲ（ｄＢ）が表されている。画質ＰＳＮＲ（ｄＢ）は、ビデオ符号化において公知の誤差基準ＰＳＮＲ（PSNR=Peak-Signal-Noise-Ratio）の形態で測定される。ＰＳＮＲ値が高ければ高いほど画質は良くなる。実線の関数は、本発明の方法を使用せずに符号化されたビデオシーケンスのビデオ信号ＶＳＯを表す。破線の関数は、上記の符号化されたビデオ信号ＶＳＯと同じビデオシーケンスを最適に符号化したビデオ信号ＶＳＭを示しており、ここでは本発明の方法が使用されている。この最適に符号化されたビデオ信号ＶＳＭは、上記の符号化されたビデオ信号ＶＳＯよりも上にあるため、データレートＢＲが同じであれば、この最適に符号化されたビデオ信号ＶＳＭにより、一層改善された画質が得られる。ここでこの改善は、データレートが高くなると大きくなる。

図９はビデオストリーミングシステムが示されており、このシステムには、ビデオサーバＶＳと、例えば、ＧＳＭ（ＧＳＭ Global System for Mobile Communications）標準に準拠する移動端末装置ＭＧとが含まれている。ビデオサーバＶＳは、圧縮アルゴリズムに加えて、最適に符号化されたビデオ信号ＶＳＭを作成する際に本発明の方法を使用する。ここで本発明のこの方法は、補正値ユニットＫＷＥによって実行される。最適に符号化されたビデオ信号ＶＳＭには、圧縮された画像データの他に１つまたは複数の補正値ＫＷが含まれている。最適に符号化されたビデオ信号ＶＳＭは、伝送チャネルＵＢを介して移動端末装置ＭＧに伝送される。この伝送チャネルＵＢは、例えば、有線のネットワークによって、殊にＬＡＮ標準（ＬＡＮ Local Area Network）によって、または無線ネットワーク、殊にＷＬＡＮ標準（ＷＬＡＮ Wireless Local Area Network）によって、またはＵＭＴＳ標準（ＵＭＴＳ Universal Mobile Telecommunication）によって伝送される。上記の移動端末装置ＭＧは、受信した上記の最適に符号化されたビデオ信号ＶＳＭを復号化し、また補正値分析ユニットＫＷＡを使用して本発明の方法を実行する。

参考文献
［１］ Shi und Sun, "Image and video compression for multimedia engineering", CRC-Press, 2000
［２］ ITU-T und ISO/IEC JTCl, "JSVM 1 Software", JVT-N024, Jan 2005
［３］ 工学博士Ｅ Schruefer教授, "Signalverarbeitung", 第2版, 1992, Hanser Verlag, ISBN 3-446-16563

ＪＰＥＧエンコーダ（従来技術）の概略構造を示す図である。 ＪＰＥＧデコーダ（従来技術）の概略構造を示す図である。 本発明の方法に対して補正値を形成するＪＰＥＧエンコーダを示す図である。 量子化段に依存して最適化された補正値を示す線図である。 補正値を考慮して本発明の方法を実施するＪＰＥＧデコーダを示す図である。 量子化された係数および量子化係数に依存して最適化された補正値を示す線図である。 量子化係数に依存して正規化された差分値を示す線図である。 符号化された２つのビデオ信号のそれぞれの画質を示す線図である。 本発明の方法を実施する移動式端末装置およびビデオサーバを有するシステムを示す図である。

Claims (13)

1. 符号化装置または復号化装置にて圧縮画像を処理する際に、量子化された係数（Ｚ）を逆量子化する際の量子化誤差（ＱＦ）を低減する方法であって、
   該量子化誤差（ＱＦ）は、逆量子化後の量子化された係数（Ｚ）と、量子化の前の当該の量子化された係数に対応する係数（Ｘ）との間の差分である形式の方法において、
   前記の符号化装置または復号化装置に補正値ユニット（ＫＷＥ）が設けられており、
   当該の補正値ユニット（ＫＷＥ）を用いて
   − 前記の量子化された係数（Ｚ）の圧縮に特徴的な少なくとも１つのパラメタ（Ｐ）をつぎのパラメタから選択し、すなわち、
   − 量子化された係数（Ｚ）；
   − 量子化係数（Ｑ）；
   − ブロックサイズ（ＢＧ）；
   − 少なくとも１つの周波数値（ＦＷ）
   のパラメタから選択し、
   ただし、ブロックサイズ（ＢＧ）のブロックは、前記の量子化された係数（Ｚ）を有しており、
   前記の量子化された係数（Ｚ）は、前記の少なくとも１つの周波数値（ＦＷ）を有する周波数における振幅を表しており、
   さらに
   − 前記の選択した少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）に対して補正値（ＫＷ）を求め、
   − 当該の補正値（ＫＷ）と前記の量子化された係数（Ｚ）とを加えた後、前記の逆量子化を行うことを特徴とする、
   量子化誤差（ＱＦ）を低減する方法。
2. 前記の量子化された係数の圧縮に特徴的な別のパラメタとして、時間的な予測モード（ＰＭ）を選択し、
   当該の時間的な予測モードでは、以下の複数のモード、すなわち
   ＩＮＴＲＡ予測モード（ＰＭ＿ＩＮＴＲＡ）；
   ＩＮＴＥＲ予測モード（ＰＭ＿ＩＮＴＥＲ）；
   ＲＥＳＩＤＵＡＬ予測モード（ＰＭ＿ＲＥＳ）
   のうちの少なくとも１つを使用する
   請求項１に記載の方法。
3. 少なくとも１つの補正値（ＫＷ）に対し、少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）に依存し、少なくとも１つのテストシーケンスに基づいて、前記の補正値（ＫＷ）を推定する推定関数（ＳＦ）を形成し、
   前記の圧縮処理にて、当該の推定関数を用いて補正値（ＫＷ）を求める、
   請求項１または２に記載の方法。
4. 前記の補正値（ＫＷ）を推定関数とは異なる手法で求め、
   推定関数（ＳＦ）を使用して前記の補正値（ＫＷ）に対する推定値を形成し、
   前記の補正値（ＫＷ）と、推定値とから差分値（ＵＷ）を形成し、
   当該の形成した差分値（ＵＷ）を、圧縮処理の符号化装置から当該圧縮処理の復号化装置に伝送する、
   請求項３に記載の方法。
5. 複数の補正値（ＫＷ）または差分値（ＵＷ）を圧縮処理の符号化装置から当該圧縮処理の復号化装置に伝送する、
   請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記の伝送の前に補正値（ＫＷ）および／または差分値（ＵＷ）の区分的な線形化を前記の少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）に依存して行う、
   請求項４または５に記載の方法。
7. 少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）の選択に基づいて補正値（ＫＷ）を求めて、量子化された係数（Ｚｎ）の係数グループ（Ｇ）の量子化誤差（ＱＦ）が、前記の選択した特徴的なパラメタ（Ｐ）において最小化されるようにし、
   ここで前記の補正値（ＫＷ）と、係数グループ（Ｇ）の量子化された係数（Ｚｎ）とを加えた後に前記の各逆量子化を行う、
   請求項１から６までのいずれか１項に記載の方法。
8. 係数グループ（Ｇ）を所定の時点に新たに作成し、
   該時点を固定的にあらかじめ設定した時点（Ｔ０）によって、またはすでに量子化された係数（Ｚ）の数に応じて決定する、
   請求項７に記載の方法。
9. 圧縮処理として１つのビデオ符号化法を選択し、
   前記の量子化された係数（Ｚｎ）の係数グループ（Ｇ）を、少なくとも１つの画像ブロック（ＢＢ）または画像ブロックの少なくとも１つのグループ（ＧＯＢ）または少なくとも１つの画像（ＩＭ）から取り出す、
   請求項７または８に記載の方法。
10. 圧縮法としてＨ．２６４標準に準拠するビデオ符号化法を選択する、
    請求項１から９までのいずれか１項に記載の方法。
11. 復号化装置における圧縮画像の処理時に、量子化された係数（Ｚ）を逆量子化する際の量子化誤差（ＱＦ）を低減する装置であって、
    該量子化誤差（ＱＦ）は、逆量子化後の量子化された係数（Ｚ）と、量子化の前の当該の量子化された係数に対応する係数（Ｘ）との間の差分である形式の装置において、
    補正値ユニット（ＫＷＥ）が設けられており、
    該補正値ユニットを構成して、
    − 前記の量子化された係数（Ｚ）の圧縮に特徴的な少なくとも１つのパラメタ（Ｐ）がつぎのパラメタから選択され、すなわち、
    − 量子化された係数（Ｚ）；
    − 量子化係数（Ｑ）；
    − ブロックサイズ（ＢＧ）；
    − 少なくとも１つの周波数値（ＦＷ）
    のパラメタから選択され、
    ただしブロックサイズ（ＢＧ）のブロックは、前記の量子化係数（Ｚ）を有しており、 前記の量子化された係数（Ｚ）は、前記の少なくとも１つの周波数値（ＦＷ）を有する周波数における振幅を表しており、
    さらに
    − 前記の選択した少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）に対して補正値（ＫＷ）が求められ、
    − 当該の補正値（ＫＷ）と、前記の量子化された係数（Ｚ）とが加えられた後、前記の逆量子化が行なわれるようにしたことを特徴とする、
    復号化装置における圧縮画像の処理時に、量子化された係数（Ｚ）を逆量子化する際の量子化誤差（ＱＦ）を低減する装置。
12. 補正値分析ユニット（ＫＷＡ）が設けられており、
    当該の補正分析ユニット（ＫＷＡ）を構成して、少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）の選択に基づいて補正値（ＫＷ）が求められて、量子化された係数（Ｚｎ）の係数グループ（Ｇ）の量子化誤差（ＱＦ）が、前記の選択した特徴的なパラメタ（Ｐ）によって最小化されるようにし、
    前記の補正値（ＫＷ）と、係数グループ（Ｇ）の量子化された係数（Ｚｎ）とが加えられた後に前記の各逆量子化が行われる、
    請求項１１に記載の装置。
13. 復号化装置における圧縮画像の処理時に、量子化された係数（Ｚ）を逆量子化する際の量子化誤差（ＱＦ）を低減する装置であって、
    該量子化誤差（ＱＦ）は、逆量子化後の量子化された係数（Ｚ）と、量子化の前の当該の量子化された係数に対応する係数（Ｘ）との間の差分である形式の装置において、
    補正値ユニット（ＫＷＥ）が設けられており、
    該補正値ユニットを構成して、
    − 前記の量子化された係数（Ｚ）の圧縮に特徴的な少なくとも１つのパラメタ（Ｐ）がつぎのパラメタから選択され、すなわち、
    − 量子化された係数（Ｚ）；
    − 量子化係数（Ｑ）；
    − ブロックサイズ（ＢＧ）；
    − 少なくとも１つの周波数値（ＦＷ）
    のパラメタから選択され、
    ただしブロックサイズ（ＢＧ）のブロックは、前記の量子化係数（Ｚ）を有しており、
    前記の量子化された係数（Ｚ）は、前記の少なくとも１つの周波数値（ＦＷ）を有する周波数における振幅を表しており、
    さらに
    − 前記の選択した少なくとも１つの特徴的なパラメタ（Ｐ）に対して補正値（ＫＷ）が求められ、
    − 当該の補正値（ＫＷ）および前記の量子化された係数（Ｚ）が加えられた後、前記の逆量子化が行なわれるようにしたことを特徴とする、
    符号化装置における圧縮画像の処理時に、量子化された係数（Ｚ）を逆量子化する際の量子化誤差（ＱＦ）を低減する装置。

Images