JP5027936B2 - 適応スキャン順序付けのための方法、記録媒体、プログラム、及び処理装置。 - Google Patents
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Description
変換符号化は、オーディオ、画像、およびビデオの多くの圧縮システムで用いられている圧縮手法である。非圧縮のデジタル画像やデジタルビデオは、一般に、2次元(2D)グリッドに並べられた、画像フレームまたはビデオフレーム内の各場所における画素または色のサンプルとして表されたり、キャプチャされたりする。これを、画像またはビデオの空間領域表現と呼ぶ。たとえば、一般的な画像フォーマットは、グリッドとして並べられた、24ビットの色画素サンプルのストリームによって構成される。各サンプルは、グリッド内の画素の場所における色成分を表す色空間(特にRGBやYIQなど)内の数値である。画像やビデオの様々なシステムで、様々に異なる色解像度、空間解像度、および時間解像度のサンプリングを行うことが可能である。同様に、一般に、オーディオは時間サンプリングされたオーディオ信号ストリームによって表される。たとえば、一般的なオーディオフォーマットは、一定の時間間隔で取得されたオーディオ信号の16ビット振幅サンプルのストリームによって構成される。
JPEG、MPEG2、MPEG4、およびWMVを含む、多くのブロック変換ベースの符号器では、ランレングス符号化手法を用いて、特定ブロックに対応する量子化係数を符号化する(たとえば、特許文献2を参照)。ランレングス符号化は、所定のパターンに従って量子化変換係数のブロックをスキャンすることによって行われる。その一例が、図3に示した連続「ジグザグ」スキャンパターンである。スキャンパターンが連続であることについての本質的な要件はないが、同様の連続ジグザグスキャンパターンがJPEGやMPEG2/4でも広く用いられている。
しかしながら、本願発明者らの観察によれば、変換ブロック内の起こりうる係数のパターンには、ある種のローカルデータ依存性がある。たとえば、画像の水平次元と垂直次元のいくつかのブロックにまたがる場合もある、ざらつきのある領域においては、係数は予想どおりに発生する。一方、画像の垂直方向または水平方向に強い特徴がある領域では、その対応する軸に沿って係数が発生する可能性がより高い。したがって、ざらつきのある領域についての使用ビット数を減らすという意味で理想的なスキャンパターンが、直線的な特徴を有する領域についても理想的であるとは限らない。
上記の問題は、本明細書において説明する適応係数スキャン順序付け手法によって対処される。この手法では、ブロック係数のスキャン順序と画像のローカル統計情報とを効率的に照合する。説明するこの手法の実施態様は、計算が非常に効率的であり、遅延が最小限である。このことは、時間的条件がクリティカルな画像やビデオのコーデックにおいて重要な有利点である。さらに、説明する適応係数スキャン順序付けの実施態様では、符号器および復号器が因果的に遭遇する物事から統計情報を「学習」する。したがって、圧縮ビットストリーム内でシグナリングやビット使用を追加しなくても、付加情報が復号器に送信される。
図4および図5は、重複変換に基づき、後に詳述する適応係数スキャン順序付けを用いる代表的な2次元(2D)データ符号器400および復号器500で行われる処理を、一般化した図である。これらの図は、この適応係数スキャン順序付け手法の、2Dデータ符号器および復号器を組み込んだ圧縮システムでの使用および用途を一般化あるいは簡略化した図である。適応係数スキャン順序付け手法が組み込まれた別の符号器では、この代表的な符号器および復号器で示されているより多くの、あるいは少ない処理で2Dデータ圧縮を行うことも可能である。たとえば、符号器/復号器によっては、色変換、色フォーマット、スケーラブル符号化、可逆的符号化、マクロブロックモードなどを含むことも可能である。圧縮システム(符号器および復号器)は、可逆的から不可逆的までの幅がある量子化パラメータに基づくことが可能な量子化に応じて、2Dデータの可逆的圧縮および/または不可逆的圧縮を提供することが可能である。
例示的なデジタルメディア圧縮システムの符号器400(図4)および復号器500(図5)は、適応係数スキャン順序付け手法を利用して、変換係数をエントロピー符号化する際の圧縮効率をさらに高める。この適応係数スキャン順序付けでは、エントロピー符号化480(図4)によって、より効率的に係数を符号化できるように、デジタルメディアデータのローカル統計情報に従って、ブロック係数のスキャン順序を効率的に調整する。適応係数スキャン順序付け手法の例示的実施態様では、符号器側と復号器側とで同じ決定処理を行って、符号器および復号器でメディアデータが処理される際に因果的に発生する物事からローカル統計情報を学習することにより、復号器に付加情報を送信するためにシグナリングまたはビット使用が追加されないようにする。さらにこの手法の例示的実施態様は、デジタルメディアストリームの符号化/復号における遅延を最小限にするために、計算が非常に効率的である(この点は、ライブ通信や同様の用途において有利となりうる)。
1.スキャン順序は、デジタルメディアデータ(たとえば、画像)全体にわたって変更可能である。ただし、スキャン順序の変更または更新は、1つのブロック内でそのスキャン順序を用いた後のみに限定される。
2.スキャン順序適応化のアルゴリズムは、連続する2つのスキャンインデックスが特定の条件下で反転する条件付きの交換ステップに基づいている。
バブルソートは、データの配列をソートするための、従来のコンピュータ手順である。バブルソート手順は、以下のように示すことができる。(一般性を失うことなく、数値であると仮定できる)N個の要素の配列をXで表す。X[i]はi番目の要素であり、インデックスiは、1からNまでの値をとる。
2とNとの間のiについては、X[i−1]>X[i]の場合に配列要素のX[i−1]とX[i]とを交換する。
各トラバースの間に、2で始まり、Nまで順に続く各インデックスiに対して条件付き交換操作を適用する。
1.符号化/復号されたブロックごとに、配列のトラバースは1回だけである。
2.各トラバースの間に、非ゼロ係数に対応する配列要素に対してのみ条件付き交換操作を適用する。
適応係数スキャン順序付け手法を利用する、前述のコーデックは、デジタルメディア信号処理を実施できる任意の様々な装置で実現されることが可能であり、様々な例の中でも特に、コンピュータ、画像およびビデオの記録/送信/受信装置、ポータブルビデオプレーヤ、ビデオ会議システムなどで実現されることが可能である。デジタルメディア符号化手法は、ハードウェア回路で実施可能であるほか、図13に示すようなコンピュータまたは他のコンピューティング環境で実行されるデジタルメディア処理ソフトウェアでも実施可能である。
110、400 符号器
150、500 復号器
Claims (13)
- デジタルメディアデータを含む圧縮されたビットストリームを復号するブロック変換ベースの方法であって、複数のエントロピー符号化係数値をもち、前記圧縮されたビットストリーム内に順々に連続して符号化された複数のブロックの各々に対して、以下のステップを繰り返す方法。
−前記圧縮されたビットストリーム内の複数の連続した符号化されたブロックのうちの現在のブロックの係数値をエントロピー復号するステップ
−スキャン順序にしたがって、前記現在のブロックに対する復号された係数値を、複数の場所を備えたブロック構造体に配列するステップ
−前記ブロック構造体全体にわたって前記場所における非ゼロ値係数値の統計的発生率を分析するステップ
−前記場所における非ゼロ値係数値の発生率の累積統計のセットを更新するステップであって、前記累積統計は、スキャン順序が初期順序に設定されて以来従前までに復号された各ブロックにおいて、前記場所における非ゼロ値係数値の発生率を計上する、ステップ
−更新された前記累積統計にしたがって前記スキャン順序を適応化するステップ。 - 前記デジタルメディアデータのブロックを復号する間に、前記各場所における非ゼロ値係数値の発生率の統計を定期的にリセットするステップをさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記スキャン順序を初期順序に初期化するステップと、
前記スキャン順序を定期的に再初期化するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記適応化するステップは、前記累積統計が、前記第2の場所における非ゼロ係数値の発生率が前記第1の場所における非ゼロ係数値の発生率よりも高いことを示す場合には、第1の場所のスキャン順序と第2の場所のスキャン順序を交換し、前記累積統計が、前記第2の場所における非ゼロ係数値の発生率が前記第1の場所における非ゼロ係数値の発生率よりも低いことを示す場合には、前記第1の場所のスキャン順序と前記第2の場所のスキャン順序を交換せず、前記第2の場所のスキャン順序が前記第1の場所のスキャン順序と隣接している、ステップを含み、前記方法が、さらに、前記第1の場所のスキャン順序と前記第2の場所のスキャン順序とを交換した場合には、さらなる前記第1の場所のスキャン順序と前記第2の場所のスキャン順序との交換を行わないことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記スキャン順序は第1のアレイに記憶され、前記累積統計は第2のアレイに記憶されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- デジタルメディアデータを含む圧縮されたビットストリームを符号化するブロック変換ベースの方法であって、複数のエントロピー符号化係数値をもち、順々に連続する複数のブロックの各々に対して、以下のステップを繰り返す方法。
−スキャン順序にしたがって、前記複数の連続したブロックのうちの現在のブロックの場所における係数値をエントロピー符号化するステップ
−前記ブロック構造体全体にわたって前記場所における非ゼロ値係数値の統計的発生率を分析するステップ
−前記場所における非ゼロ値係数値の発生率の累積統計のセットを更新するステップであって、前記累積統計は、スキャン順序が初期順序に設定されて以来従前までに符号化された各ブロックにおいて、前記場所における非ゼロ値係数値の発生率を計上する、ステップ
−更新された前記累積統計にしたがって前記スキャン順序を適応化するステップ。 - 前記デジタルメディアデータのブロックを符号化する間に、前記場所における非ゼロ値係数値の発生率の統計を定期的にリセットするステップをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記スキャン順序を初期順序に初期化するステップと、
前記スキャン順序を定期的に再初期化するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の方法。 - 前記適応化するステップは、前記累積統計が、前記第2の場所における非ゼロ係数値の発生率が前記第1の場所における非ゼロ係数値の発生率よりも高いことを示す場合には、第1の場所のスキャン順序と第2の場所のスキャン順序を交換し、前記累積統計が、前記第2の場所における非ゼロ係数値の発生率が前記第1の場所における非ゼロ係数値の発生率よりも低いことを示す場合には、前記第1の場所のスキャン順序と前記第2の場所のスキャン順序を交換せず、前記第2の場所のスキャン順序が前記第1の場所のスキャン順序と隣接している、ステップを含み、前記方法が、さらに、前記第1の場所のスキャン順序と前記第2の場所のスキャン順序とを交換した場合には、さらなる前記第1の場所のスキャン順序と前記第2の場所のスキャン順序との交換を行わないことを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記スキャン順序は第1のアレイに記憶され、前記累積統計は第2のアレイに記憶されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- コンピュータに請求項1〜10のいずれか1項に記載のステップを実行させるためのプログラムを格納した少なくとも1つのコンピュータ読取り可能記録媒体。
- コンピュータに請求項1〜10のいずれか1項に記載のステップを実行させるためのプログラム。
- メモリ及び請求項1〜10のいずれか1項に記載のステップを実行させるようにプログラムされたプロセッサを備えたデジタルメディア処理装置。
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