JP5042267B2 - 動画像の符号化方法 - Google Patents
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Description
動きベクトルを符号化が、(1)差分動きベクトルの精度を数種類用意し、符号化ブロック毎に差分動きベクトルの精度を選定し、選定した精度の情報及びその精度の差分動きベクトルとを符号化する手順をもつ。又は(2)動きベクトルの精度を数種類用意し、符号化ブロック毎に動きベクトルの精度を選定し、選定した精度の情報と、選定した精度に修正した予測動きベクトルと選定した精度の動きベクトルより算出される差分動きベクトルとを符号化する手順をもつ。
本発明の動画像の復号化は、本発明の動画像符号化による符号を用いて、符号化の手順と逆の手順によって、符号化ブロックの画像再生を行う。即ち、動きベクトルの精度を複数用意し、動きベクトルの水平成分と垂直成分で異なる精度を割り当てる。各成分は該割り当てられた精度に修正し、該修正予測動きベクトルと割り当てられた精度の動きベクトルから算出される差分動きベクトルを符号化する。
図1がP-Pictureのデータシンタックス、図2がB-Pictureデータシンタックスの一部(CBP15以降は図1と同じであるため省略)を示す。なお、ここでは、データ(動きベクトル精度情報)13は、データシンタックス内に現れないものとして説明する。また、I-pictureについては、本発明の特徴に含まれないため説明を省略する。
本実施は、動きベクトルの符号化部は、画像を複数の符号化ブロックに分割し、上記符号化ブロックの画像信号及び上記符号化ブロック内の動きベクトルを隣接位置の動きベクトルから予測し、符号化すべき動きベクトルとその予測動きベクトルより算出される差分動きベクトルをブロック単位で符号化する動画像符号化(以下動画像の動き補償符号化と略称)において、差分動きベクトルの精度を数種類用意し、復号化ブロック毎に差分動きベクトルの精度を選定し、選定した精度の情報及びその精度の情報の差分動きベクトルを符号化する方法である。
1画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも4の倍数となるMV。
1/2画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも2の倍数となるMV。
1/4画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも1の倍数となるMV。
MVD=(MV−PMV)>>mv_shift………(1)
式(1)中のmv_shiftは、図9の表81に示す値である。式(1)は、動きベクトル成分MVから予測動きベクトル成分PMVを引いた値を、mv_shiftで示す数だけ右に算術ビットシフトした値が差分動きベクトル成分MVDであることを示す。ここで、動きベクトル成分MVから予測動きベクトル成分PMVを引いた値は1<<mv_shiftの倍数であり、算術右ビットシフト処理した差分動きベクトル成分MVDが1の倍数の値となる。
MV=(MVD<<mv_shift)+PMV………(2)
に従って、各動きベクトル成分の復号、即ちMV値を再生(復号化)する。式(2)は、差分動きベクトル成分MVDをmv_shiftで示す数だけ左に算術ビットシフトした値に予測動きベクトル成分PMVを加えた値が復号動きベクトル成分MVになることを示す。この算術左ビットシフト処理により、復号された差分動きベクトル成分MVDは1の倍数から1<<mv_shiftの倍数(符号化側のMV-PMVに対応)となる。この値にPMVを加えることで復号動きベクトル成分MVは元の精度の値に復元される。
1画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも8の倍数となるMV。
1/2画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも4の倍数となるMV。
1/4画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも2の倍数となるMV。
1/8画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおける(MV-PMV)の値が水平・垂直成分とも1の倍数となるMV。
動き推定の方法については、1/4画素精度、1/2画素精度、1画素精度の3種類の場合と同じであるため、説明を省略する。差分動きベクトルMVDは式(1)で算出される。ここで、動きベクトル成分MVから予測動きベクトル成分PMVを引いた値は1<<mv_shiftの倍数であり、算術右ビットシフト処理した差分動きベクトル成分MVDが1の倍数の値となり、前述の式(1)で算出される。式(1)中のmv_shiftは、図9の表82に示す値である。
本実施2は、動画像の動き補償符号化において、動きベクトルの精度を複数種類用意し、マクロブロック毎に動きベクトルの精度を選定し、選定した精度情報と、その選定した精度に修正した予測動きベクトルとその選定した精度に修正した符号化動きベクトルから算出される差分動きベクトルを符号化する方法である。
1画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも4の倍数となるMV。
1/2画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも2の倍数となるMV。
1/4画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも1の倍数となるMV。
MVD = (MV- ((PMV>>mv_shift)<<mv_shift))>>mv_shift………(3)
で算出される。式(3)中のmv_shiftは、図9の表81に示す値である。式(3)は、動きベクトル成分MVから、予測動きベクトル成分PMVをmv_shiftで示す数だけ右に算術ビットシフトのち直ちに左に算術ビットシフトした値を引いた値に対して、さらにmv_shiftで示す数だけ第2の算術右ビットシフトを実施した値が差分動きベクトル成分MVDになることを示す。ここで、予測動きベクトル成分に対する連続する右ビットシフト処理並びに左ビットシフト処理は、予測動きベクトル成分PMVの値をMVと同じ1<<mv_shiftの倍数の値に変換する役割を果たす。また、第2の算術右ビットシフト処理により、差分動きベクトル成分MVDが1の倍数の値となる。
MVD = (MV>>mv_shift)-(PMV>>mv_shift)。………(4)
mv_shiftとMVDのデータシンタックス図1と図2への割り当てと符号化方法については、差分動きベクトルの精度を切り換える方法と同じであるため説明を省略する。
MV = (MVD<<mv_shift) + ((PMV>>mv_shift)<<mv_shift)………(5)
に従って、各動きベクトル成分の復号MV値を再生する。この式(5)は、差分動きベクトル成分MVDをmv_shiftで示す数だけ左に算術ビットシフトした値に、予測動きベクトル成分PMVをmv_shiftで示す数だけ右に算術ビットシフトのち直ちに左に算術ビットシフトした値を加えた値が復号動きベクトル成分MVになることを示す。ここで、予測動きベクトル成分に対する連続する右ビットシフト処理並びに左ビットシフト処理と、MVDを差分動きベクトル成分mv_shiftで示す数だけ左に算術ビットシフトする処理は、各成分を1<<mv_shiftの倍数の値に変換する役割を果たしている。従って、復号動きベクトル成分MVは元の1<<mv_shiftの倍数となる。なお、式(5)は下記のように簡略化することにより、演算ステップ数を削減できる。回路設計等の実装時に有効である。式(5)では、1の倍数の値に変換した予測動きベクトル成分PMVに復号した差分動きベクトルDMVを加算した値に対して、mv_shiftで示す数だけ左算術ビットシフトを施した値が復号動きベクトル成分MVになることを示す。「1の倍数に変換した予測ベクトル成分を1<<mv_shift倍した値」は上式における「1<<mv_shiftの倍数に変換した予測動きベクトル成分」と同等であり、また差分動きベクトル成分DMVは1の倍数であるため、下記式(6)を用いることによる情報の欠落は発生しない。
MV = (MVD + (PMV>>mv_shift))<<mv_shift………(6)
次に、差分動きベクトルの精度の候補が、1/8画素精度、1/4画素精度、1/2画素精度、1画素精度の4種類の場合について述べる。MVを1/8画素精度表現の動きベクトル成分を8倍した値、PMVを1/8画素精度表現の予測動きベクトル成分を8倍した値とすると、この表現で、各精度候補に対するMVの値は以下のように制限される。
1画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも8の倍数となるMV。
1/2画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも4の倍数となるMV。
1/4画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも2の倍数となるMV。
1/8画素精度:マクロブロック内の全小ブロックにおけるMVの値が水平・垂直成分とも1の倍数となるMV。
動き推定の方法については、1/4画素精度、1/2画素精度、1画素精度の3種類の場合と同じであるため、説明を省略する符号化する。符号化する差分動きベクトルMVDは以下の式、
MVD = (MV- ((PMV>>mv_shift)<<mv_shift))>>mv_shift………(3)
で算出される。式中のmv_shiftは、図9の表82に示す値である。この式は、動きベクトル成分MVから予測動きベクトル成分PMVをmv_shiftで示す数だけ右に算術ビットシフトのち直ちに左に算術ビッビットシフトした値を引いた値に対して、さらにmv_shiftで示す数だけ第2の算術右ビットシフトを実施した値が差分動きベクトル成分MVDになることを示す。ここで、予測動きベクトル成分に対する連続する右ビットシフト処理並びに左ビットシフト処理は、予測動きベクトル成分PMVの値をMVと同じ1<<mv_shiftの倍数の値に変換する役割を果たす。
また、第2の算術右ビットシフト処理により、差分動きベクトル成分MVDが1の倍数の値となる。
mv_shiftとMVDの符号化方法ついては、差分動きベクトルの精度の候補が、1/4画素精度、1/2画素精度、1画素精度の3種類の場合と同じであるため、説明を省略するが、UVLCを使用した場合の符号化コードは、表81ではなく表82に従うことなる。但し、上式は下記のように簡略化することにより、演算ステップ数を削減できる。回路設計等の実装時に有効である。この式では、動きベクトル成分MVと予測動きベクトル成分PMVを1の倍数の値に変換してから差分処理を実施している。「1の倍数に変換した予測ベクトル成分を1<<mv_shift倍した値」は上式における「1<<mv_shiftの倍数に変換した予測動きベクトル成分」と同等であり、また動きベクトル成分MVは1<<mv_shiftの倍数であるため、下記の式を用いることによる情報の欠落は発生しない。
MVD = (MV>>mv_shift)-(PMV>>mv_shift)………(4)
復号化側の処理も、差分動きベクトルの精度の候補が、1/4画素精度、1/2画素精度、1画素精度の3種類の場合と同じであり、復号mv_shift値と復号MVD並びにPMVから、以下の式、
MV = (MVD<<mv_shift) + ((PMV>>mv_shift)<<mv_shift)………(5)
に従って、各動きベクトル成分の復号MV値が再生される。この式は、差分動きベクトル成分MVDをmv_shiftで示す数だけ左に算術ビットシフトした値に、予測動きベクトル成分PMVをmv_shiftで示す数だけ右に算術ビットシフトのち直ちに左に算術ビットシフトした値を加えた値が復号動きベクトル成分MVになることを示す。ここで、予測動きベクトル成分に対する連続する右ビットシフト処理並びに左ビットシフト処理と、MVDを差分動きベクトル成分mv_shiftで示す数だけ左に算術ビットシフトする処理は、各成分を1<<mv_shiftの倍数の値に変換する役割を果たしている。従って、復号動きベクトル成分MVは元の1<<mv_shiftの倍数となる。なお、この式は下記のように簡略化することにより、演算ステップ数を削減できる。回路設計等の実装時に有効である。この式では、1の倍数の値に変換した予測動きベクトル成分PMVに復号した差分動きベクトルDMVを加算した値に対して、mv_shiftで示す数だけ左算術ビットシフトを施した値が復号動きベクトル成分MVになることを示す。「1の倍数に変換した予測ベクトル成分をmv_shift倍した値」は上式における「mv_shiftの倍数に変換した予測動きベクトル成分」と同等であり、また差分動きベクトル成分DMVは1の倍数であるため、下記の式を用いることによる情報の欠落は発生しない。
MV = (MVD + (PMV>>mv_shift))<<mv_shift………(6)
上記実施例1及び2を比較すると、実施例1は実際に符号化する差分動きベクトルの精度を調整するため、実施例2に比較して演算が簡単である。これに対して、実施例2は、符号化すべき動きベクトルの精度を調整するため、各精度を想定した場合の探索画素が予測ベクトルに依存しない。従って、符号化性能のみを追求する場合には実施例1が有効であるが、後述するメモリアクセス削減方法では、実施例2が有効である。
本実施例3は、mv_shift値の符号化を極力行わずに、ブロックモードに応じて予め決めておく符号化方法及び復号化方法で、マクロブロックの選択率が高い領域での、mv_shift値の符号量の増大防止する方法である。即ち、マクロブロックに伴う動きベクトル数が少ないモードでは、予め規定したデフォルトの動きベクトル精度で差分動きベクトルの符号化並びに復号化処理を行う。この処理により、動きベクトル精度情報の符号化並びに復号化処理を省略する。
本実施例4は、周囲の状況からシフト値を一意に判定する方法である。即ち、隣接マクロブロックから符号化対象マクロブロックのmv_shift値を予測することにより、mv_shift値の符号量を削減する。例えば、符号化対象マクロブロック(図10のマクロブロック7C)のmv_shift値を、直左のマクロブロック(7A)、直上のマクロブロック(7B)のmv_shift値から予測する。予測方法としては、7Aと7Bのmv_shift値の加算値から予測する方法がある。具体的な利用手段としては、加算値が0であり、7CのMB typeが16x16の場合には、mv_shift値(MVD precision)の符号化を省略し規定値として1/8画素精度或いは1/4画素精度を符号化・復号化側の両者で用い、それ以外の加算値とMB typeの組み合わせの場合には、mv_shift値の符号化を行制御手段がある。なお、この具体例は一例であり、予測に用いる隣接マクロブロックの種類、予測方法、制御を行うMB typeの種類、制御時の場合分け種類等の組み合わせは多種ある。例えば、制御を行うMB typeを2個以下の差分動きベクトルまで拡張したり、加算値の制御ポイントを2以下に拡張したりすることで、mv_shift値の符号量の削減量は大きくなる。また、動きベクトルの予測のような方法で隣接MBのmv_shift値から現MBのmv_shift値を予測し、その差分値を符号化する方法等がある。
また、上記実施例では、動きベクトルの符号化精度情報の符号化をマクロブロック単位で行っているが、複数のマクロブロックグループ毎に動きベクトルの符号化精度情報を切り換える方法。
さらに、上記実施例では、マクロブロックにおける動き補償ブロックの分割モードを図7に示した4種類としているが、本明細書の動きベクトル符号化方法は、動き補償ブロックの分割モードの種類と数が変更されても実施できるため、動きベクトルの符号化ブロック構成は限定されない。
各図において、実質的に同じ機能ブロックについては同一番号を付している。各図の装置の構成、動作は、上記実施例1ないし4の説明によって、容易に実現できるので、上記各実施例との対応のみ示し、詳細な説明は省く。
図25と図26の装置は、それぞれ実施例1の式(1)及び(2)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定が外部入力(動きベクトル検出時に求まる)のみによって制御される。MV予測部215は各ブロックの動きベクトルMVを記憶したメモリ101を利用し、予測動きベクトルPMVを作る。減算器102は、これらの差分MV-PMVをえる。右シフト処理部103はMV-PMVを右シフトする。復号側では、符号側の逆処理を行うため、動きベクトルMVを記憶したメモリ101、左シフト処理部113及び加算器112が設けられる。
図27と図28の装置は、それぞれ実施例1の式(1)及び(2)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定が外部入力(動きベクトル検出時に求まる)とマクロブロックのタイプ等の条件のいずれかによって決定され、制御される。シフト値選択部104は特定のブロックタイプを選択した場合、mv_shift値を選択し、制御回路105で、該部からのmv_shift値から、ブロックタイプに対応したmv_shift値で右シフト処理部103を処理する。
図29と図30の装置は、それぞれ実施例1のそれぞれ式(1)及び(2)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定がマクロブロックのタイプ等の条件のみによって決定され、制御される。
図31と図32の装置は、それぞれ実施例2の式(3)及び(5)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定が外部入力(動きベクトル検出時に求まる)のみによって制御される。精度修正処理部106は、式(3)の(PMV>>mv_shift)<<mv_shiftの処理を行う。
図33と図34の装置は、それぞれ実施例2の式(3)及び(5)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定が外部入力(動きベクトル検出時に求まる)とマクロブロックのタイプ等の条件のいずれかのよって決定され、制御される。
図35と図36の装置は、それぞれ実施例2の式(3)及び(5)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定がマクロブロックのタイプ等のみによって制御される。
図37と図38の装置は、それぞれ実施例2の式(4)及び(6)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定が外部入力(動きベクトル検出時に求まる)のみによって制御される。
図39と図40の装置は、それぞれ実施例2の式(4)及び(6)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定が外部入力(動きベクトル検出時に求まる)とマクロブロックのタイプ等の条件のいずれかのよって決定され、制御される。
図41と図42の装置は、それぞれ実施例2のそれぞれ式(4)及び(6)を実行する回路で構成され、シフト(mv_shift)値の決定がマクロブロックのタイプ等の条件のいずれかのよって決定され、制御される。
<実施例5>
図18は、実施例5の符号化方法の処理フロー図である。
図19,図45及び図46は,それぞれ本発明の実施例6の符号化方法処理フロー図、符号化装置の要部構成図及び復号装置の要部構成図である。本実施例も長いタップ数のフィルタを用いた動き補償でメモリアクセス領域が拡大する問題を解決するため、動きベクトルの垂直・水平各成分を異なる符号化精度で符号化することにより、メモリアクセス範囲を制限する。
図24、図43及び図44は、それぞれ、本発明の実施例7の符号化方法の処理フロー図、符号化装置の要部構成図及び復号装置の要部構成図である。
図20、図47及び図48は、それぞれ、本発明の実施例8の符号化方法処理フロー図、符号化装置の要部構成図及び復号装置の要部構成図である。本実施例は、実施例7において、入力画像がインタレース信号であり、マクロブロックがフレーム構造の場合に、動きベクトルの垂直成分を偶数画素精度に制限する方法である。
実施例7及び8のメモリアクセス範囲低減方式では、mv_shift値の符号化/復号化処理は必要ない。従って、図1、図2におけるMVD Prediction13と図11と図12におけるmv_shiftは必要ない。また、図13において、mv_shift値を動き補償器211から多重化器206に伝える処理は必要ない。さらに、図14において、mv_shift値を符号解読器501からMV予測器508に伝える処理は必要ない。mv_shift値は、予測モードに従ってMV予測器508で決められる。
13:動きベクトル精度情報、14:差分動きベクトルの符号化データ、
15:CBP、16:量子化DCT係数の符号化データ、17:マクロブロックデータ、18:パーティション。
Claims (1)
- 画像を複数の符号化ブロックに分割し、符号化ブロックの動きベクトルを隣接ブロックの動きベクトルから予測して予測動きベクトルとし、符号化すべき動きベクトルとその予測動きベクトルより算出される差分動きベクトルをブロック単位で符号化する手順を含む動画像の符号化方法であって、
差分動きベクトルの精度を数種類用意し、符号化ブロック毎に差分動きベクトルの精度を選定し、選定した精度の情報及びその精度の差分動きベクトルとを符号化する手順と、
更に、差分動きベクトルの精度を付加情報として符号化するか、或いは固定の精度に規定するかを示す識別情報を含み、かつ符号化ブロックの種類として符号化すべき動きベクトルの数が異なる複数のブロックタイプを用意し、差分動きベクトルの精度と符号化ブロック内の動きベクトル数とこの組み合わせに該当するブロックタイプとを選定する手順を含み、
符号化ブロックのブロックタイプが付加情報として差分動きベクトルの精度を符号化することを示す場合にはブロックタイプと選定した精度の情報とその精度の差分動きベクトルとを符号化し、符号化ブロックのブロックタイプが規定の精度で差分動きベクトルを符号化することを示す場合にはブロックタイプと規定精度の差分動きベクトルとを符号化する。
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