JP6171584B2 - 動画像符号化装置、動画像符号化方法、および動画像符号化プログラム - Google Patents
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Description
まず、高効率動画像圧縮符号化(High Efficiency Video Coding、以下では単に「HEVC」と表すこともある。)における動画像符号化について説明する。HEVCにおける動画像符号化では、画像をブロックに分割し、ブロックに含まれる画素を予測して予測差分を符号化することで高い圧縮率を達成している。符号化対象のピクチャ内の画素から予測画素を構成する予測モードをイントラ予測といい、過去に符号化した画像を参照画像とし、参照画像から予測画素を構成する予測モードをインター予測という。インター予測は動き補償とも呼ばれる。予測差分画像は、さらに離散コサイン変換(Discrete Cosine Transform、DCT)のような直交変換によって周波数変換され、直交変換の出力係数を量子化して情報量を削減する。量子化は非可逆な処理であり、量子化によって発生する誤差が符号化歪みである。直交変換は一般にブロック単位に処理されるため、量子化歪みもブロック状に現れる場合がある。このブロック状のノイズはブロックノイズと呼ばれる。このノイズを除去するために、デブロッキングフィルタという復号画像のブロック境界に施す平滑化フィルタ処理が行われる。さらに最新の動画像符号化方式HEVCでは、デブロッキングフィルタ後の画像に対してSAOというフィルタ処理を施して量子化歪みを補正する。
まず、デコーダの動作について説明する。デコーダでのSAO処理では、デブロッキングフィルタ後の画像の各画素に対して、グルーピング処理を行う。グルーピング処理の方法は、複数の方法が定義されており、CTBと呼ばれるブロック単位にエンコーダから通知される。グルーピング方法は、大きく分けてバンドオフセット(BandOffset)を用いる方法とエッジオフセット(EdgeOffset)を用いる方法に分けられる。
図2の(A)は、EdgeIdx=0の場合の処理画素と周囲画素の間の画素値の大小関係の例を示す図である。図2の(A)〜(E)では、3つの点はそれぞれ、P[−1]、P[0]、P[1]を与える画素を示している。EdgeIdx=0の場合は、3つの点の画素値を結ぶと、一つの直線上に乗っている。
図3の(A)は、EdgeIdx=1の場合の処理画素における画素値の補正の様子の例を示す図である。この場合、処理画素では、画素値P[0]を大きくする補正が行われる。
図4に示されているように、エッジオフセットは特にエッジ周辺に発生するモスキートノイズを補正するのに有効であり得る。
図5は、比較例におけるSAO処理部100の機能ブロック図の例である。
補正値算出部108は、EdgeIdx=0補正値算出部1066、EdgeIdx=1補正値算出部1068、EdgeIdx=2補正値算出部1070、EdgeIdx=3補正値算出部1072、EdgeIdx=4補正値算出部1074のいずれかであり得る。
復号画素にエッジが生じる場合には2つの場合があることが分かる。すなわち、原画にエッジ形状がある場合と、原画にはエッジ形状がない場合である。ここでは、符号化誤差によって、エッジが発生したのか、もともと原画に存在していたエッジを反映したものなのか区別できない。
符号化誤差によって発生したエッジは、ノイズであるため平滑化してもノイズが削減されて問題ないが、原画に存在するエッジを反映したエッジは、平滑化されると、ボケてしまう。SAO処理ではグループ毎に復号画素のエッジを基準に補正量が決まるためノイズが多いと同種のエッジに強い補正がかかり、原画のエッジが丸まりエッジがボケる原因となる。
以下で開示の動画像符号化装置では、原画に存在して、かつ復号画素にも存在するエッジの符号化誤差の低減の優先度を高くすることで、復号画素に存在するエッジがボケてしまうことを抑制する。そのために、動画像符号化装置は、復号画素のエッジ形状に基づいてグループ分けした後に、さらに原画のエッジ形状と復号画素のエッジ形状を比較して、同じ方向のエッジか否かにより、図8に示されているように、少なくともさらに2つのグループに分ける。同じエッジ方向のグループを第1のグループE0(エッジグループとも呼ぶ)、異なるエッジ方向のグループを第2のグループE1(ノイズグループとも呼ぶ)と分類する。以下で開示の動画像符号化装置では、第1のグループE0の符号化誤差がより向上するように補正値を算出する。
動画像符号化装置200は、予測誤差信号生成部202、直交変換部204、量子化部206、逆量子化部208、逆直交変換部210、復号画素生成部212、デブロッキング部214、SAO処理部216、復号画素記憶部218、予測信号生成部220、動き検出部222、およびエントロピー符号化部224を含む。
予測信号生成部220は、動き検出部222で検出された動きベクトルと復号画素生成部212で生成された局所復号画像に関する信号から、予測画素信号の生成を行う。
逆量子化部208は、量子化部206で量子化された直交変換係数を逆量子化する。
補正値算出部400は、EdgeIdx=0補正値算出部308、EdgeIdx=1補正値算出部310、EdgeIdx=2補正値算出部312、EdgeIdx=3補正値算出部314、EdgeIdx=4補正値算出部316のいずれかであり得る。
図14〜15を参照して、動画像符号化の処理の例について説明する。
図15は、SAO処理における処理の流れの例を示す図である。
このような動画像符号化方法を用いることによって、高効率動画像圧縮符号化(High Efficiency Video Coding、HEVC)でサンプルアダプティブオフセット(SAO)処理において原画のエッジを保存できるため、SAO処理によるボケの発生を抑制することができる。
(付記1)
原画を符号化した後に復号して得られる復号画像と前記原画の比較から予測画素信号を生成し、前記予測画素信号を符号化する動画像符号化装置において、
前記復号画像のエッジ形状を表す復号画エッジ指標を算出する復号画エッジ指標算出部と、
前記復号画像に対応する原画のエッジ形状を表す原画エッジ指標を算出する原画エッジ指標算出部と、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標を比較し、前記復号画像の前記エッジ形状を前記原画像のエッジ方向と前記復号画像のエッジ方向が同じエッジグループ、または前記原画像のエッジ方向と前記復号画像のエッジ方向が異なるノイズグループに分類する形状比較部と、
前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対して、前記原画のエッジ形状と前記復号画像のエッジ形状に関する統計量を算出する統計量算出部と、
前記エッジグループに対応する前記統計量の寄与が、前記ノイズグループに対応する前記統計量より小さくなるように、前記エッジグループおよび前記ノイズグループに対する前記統計量の重み付き和を求め、前記重み付き和に基づき補正値を決定する補正値決定部と、
前記補正値を前記復号画像の前記画素値に加算して補正された復号画像を生成する補正部と、
前記原画の動きベクトルの検出を行う動き検出部と、
前記動き検出部で検出された前記動きベクトルと前記補正部で生成された前記補正された復号画像から、前記予測画素信号の生成を行う予測信号生成部と、
前記予測画素信号を符号化する符号化部と、
を含む動画像符号化装置。
(付記2)
前記補正値決定部はさらに、
前記統計量算出部で得られた前記統計量に基づいて、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記補正値の候補の値を生成する補正値候補生成部と、
前記補正値候補生成部で生成された前記補正値の前記候補の値に対して、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記復号画像と前記原画の2乗誤差を計算する誤差計算部と、
前記エッジグループに対応する前記2乗誤差と、前記ノイズグループに対応する前記2乗誤差の重み付け和を用いて、前記エッジグループに対する前記補正値として、前記ノイズグループに対する前記補正値より小さい補正値を得る補正値選択部と、
を含む、付記1に記載の動画像処理装置。
(付記3)
前記補正部はさらに、前記補正値候補生成部で生成された前記補正値の前記候補の値の符号量を計算する符号量計算部
を含み、
前記補正値選択部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記2乗誤差の重み付け和と、前記符号量の重み付け和を用いて、補正値を選択する、付記1または2に記載の動画像処理装置。
(付記4)
前記統計量算出部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対して、前記原画と前記復号画の符号化誤差の累積値を算出し、
前記補正値候補生成部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対する前記原画と前記復号画の前記符号化誤差の累積値の重み付け和を用いて、前記補正値の候補の値を生成する、付記1乃至3のいずれか一項に記載の動画像処理装置。
(付記5)
原画を符号化した後に復号して得られる復号画像と前記原画の比較から予測画素信号を生成し、前記予測画素信号を符号化する、コンピュータによって処理される動画像符号化方法において、
前記復号画像に対応する原画のエッジ形状を表す原画エッジ指標を算出することと、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標を比較し、前記復号画の前記エッジ形状を前記原画像のエッジ方向と前記復号画像のエッジ方向が同じエッジグループ、または前記原画像のエッジ方向と前記復号画像のエッジ方向が異なるノイズグループに分類することと、
前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対して、前記原画のエッジ形状と前記復号画像のエッジ形状に関する統計量を算出すると、
前記エッジグループに対応する前記統計量の寄与が、前記ノイズグループに対応する前記統計量より小さくなるように、前記エッジグループおよび前記ノイズグループに対する前記統計量の重み付き和を求め、前記重み付き和に基づき補正値を決定することと、
前記補正値を前記復号画像の前記画素値に加算して補正された復号画像を生成することと、
前記原画の動きベクトルの検出を行うことと、
前記動きベクトルと前記補正された復号画から、予測画素信号の生成を行うことと、
前記予測画素信号を符号化することと、
を含む動画像符号化方法。
(付記6)
前記補正値を決定することはさらに、
前記統計量に基づいて、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記補正値の候補の値を生成することと、
前記補正値の前記候補の値に対して、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記復号画像と前記原画の2乗誤差を計算することと、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標が等しい前記エッジグループおよび前記ノイズグループの一つに対応する前記2乗誤差と、それ以外のグループに対応する前記2乗誤差の重み付け和を用いて、前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標が等しい前記複数のグループの一つ対する前記補正値として、前記それ以外のグループに対する前記補正値より小さい補正値を得ること、
を含む、付記5に記載の動画像処理方法。
(付記7)
前記補正値を決定することはさらに、
前記補正値の前記候補の値の符号量を計算すること
を含み、
前記補正値を決定することは、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記2乗誤差の重み付け和と、前記符号量の重み付け和を用いて、補正値を選択する、付記5または6に記載の動画像処理方法。
(付記8)
前記統計量を算出することは、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対して、前記原画と前記復号画の符号化誤差の累積値を算出し、
前記補正値候補生成部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対する前記原画と前記復号画の前記符号化誤差の累積値の重み付け和を用いて、前記補正値の候補の値を生成する、付記5乃至8のいずれか一項に記載の動画像処理方法。
(付記9)
原画を符号化した後に復号して得られる復号画像と前記原画の比較から予測画素信号を生成し、前記予測画素信号を符号化する、コンピュータによって処理される動画像符号化プログラムにおいて、
前記復号画像に対応する原画のエッジ形状を表す原画エッジ指標を算出させ、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標を比較し、前記復号画の前記エッジ形状を前記原画像のエッジ方向と前記復号画像のエッジ方向が同じエッジグループ、または前記原画像のエッジ方向と前記復号画像のエッジ方向が異なるノイズグループに分類させ、
前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対して、前記原画のエッジ形状と前記復号画像のエッジ形状に関する統計量を算出させ、
前記エッジグループに対応する前記統計量の寄与が、前記ノイズグループに対応する前記統計量より小さくなるように、前記エッジグループおよび前記ノイズグループに対する前記統計量の重み付き和を求め、前記重み付き和に基づき補正値を決定させ、
前記補正値を前記復号画像の前記画素値に加算して補正された復号画像を生成させ、
前記原画の動きベクトルの検出させと、
前記動きベクトルと前記補正された復号画から、予測画素信号の生成させと、
前記予測画素信号を符号化させると、
処理をコンピュータに実行させる動画像符号化プログラム。
(付記10)
前記補正値を決定することはさらに、
前記統計量に基づいて、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記補正値の候補の値を生成することと、
前記補正値の前記候補の値に対して、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記復号画像と前記原画の2乗誤差を計算することと、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標が等しい前記エッジグループおよび前記ノイズグループの一つに対応する前記2乗誤差と、それ以外のグループに対応する前記2乗誤差の重み付け和を用いて、前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標が等しい前記複数のグループの一つ対する前記補正値として、前記それ以外のグループに対する前記補正値より小さい補正値を得ること、
処理をコンピュータに実行させる、付記9に記載のプログラム。
(付記11)
前記補正値を決定させることはさらに、
前記補正値の前記候補の値の符号量を計算させること
を含み、
前記補正値を決定させることは、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記2乗誤差の重み付け和と、前記符号量の重み付け和を用いて、補正値を選択させる処理をコンピュータに実行させる、付記9または10に記載のプログラム。
(付記12)
前記統計量を算出させることは、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対して、前記原画と前記復号画の符号化誤差の累積値を算出させ、
前記補正値候補生成部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対する前記原画と前記復号画の前記符号化誤差の累積値の重み付け和を用いて、前記補正値の候補の値を生成させる処理をコンピュータに実行させる、付記9乃至11のいずれか一項に記載のプログラム。
102 SAOモード判定部
104 補正部
1022 0度エッジオフセットモード判定部
1024 45度エッジオフセットモード判定部
1026 90度エッジオフセットモード判定部
1028 135度エッジオフセットモード判定部
1030 エッジオフセットモード選択部
104 補正部
106 エッジオフセットモード判定部
1062 復号画EdgeIdx算出部
1064 グループ分類部
1066 EdgeIdx=0補正値算出部
1068 EdgeIdx=1補正値算出部
1068 EdgeIdx=2補正値算出部
1070 EdgeIdx=3補正値算出部
1072 EdgeIdx=4補正値算出部
1074 EdgeIdx=5補正値算出部
1076 エッジオフセットコスト計算部
108 補正値算出部
1082 統計値算出部1082
1084 補正値決定部1084
1086 誤差計算部1086
1088 補正値候補生成部
1090 符号量計算部
1092 補正値選択部
200 動画像符号化装置
202 予測誤差信号生成部
204 直交変換部204
206 量子化部206
208 逆量子化部
210 逆直交変換部
212 復号画素生成部
214 デブロッキング部
216 SAO処理部
218 復号画素記憶部218
220 予測信号生成部
222 動き検出部
224 エントロピー符号化部
300 エッジオフセットモード判定部
302 復号画EdgeIdx算出部
304 原画EdgeIdx算出部
306 グループ分類部
308 EdgeIdx=0補正値算出部
310 EdgeIdx=1補正値算出部
312 EdgeIdx=2補正値算出部
314 EdgeIdx=3補正値算出部
316 EdgeIdx=4補正値算出部
318 エッジオフセットコスト計算部
400 補正値算出部
402 形状比較部
404 E0統計値算出部
406 E1統計値算出部
408 補正値決定部
410 誤差計算部
412 補正値候補生成部
414 符号量計算部
416 補正値選択部
Claims (6)
- 原画を符号化した後に復号して得られる復号画と前記原画との比較から予測誤差信号を生成し、前記予測誤差信号を符号化する、動画像符号化装置において、
前記復号画のエッジ形状を表す復号画エッジ指標を算出する復号画エッジ指標算出部と、
前記復号画に対応する原画のエッジ形状を表す原画エッジ指標を算出する原画エッジ指標算出部と、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標とを比較して、前記復号画及び前記復号画に対応する原画を、前記原画のエッジ方向と前記復号画のエッジ方向とが同じエッジグループと、前記原画のエッジ方向と前記復号画のエッジ方向とが異なるノイズグループとに分類する形状比較部と、
前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれにおいて、前記原画と前記復号画とのエッジ形状に関する統計量として、各グループに分類されている復号画と前記分類されている復号画に対応する原画とについて、前記分類されている復号画と前記対応する原画との差分値の累積値を算出する統計量算出部と、
前記エッジグループに対応する前記統計量への寄与が、前記ノイズグループに対応する前記統計量より大きくなるように、補正値を決定する補正値決定部と、
前記補正値を、前記復号画を構成する各画素の画素値に加算して補正された復号画を生成する補正部と、
前記原画の動きベクトルの検出を行う動き検出部と、
前記動き検出部で検出された前記動きベクトルと前記補正部で生成された前記補正された復号画とから、予測画素信号の生成を行う予測信号生成部と、
前記原画に関する画素信号と前記予測信号生成部で生成された予測画素信号との差分から予測誤差信号を生成する予測誤差信号生成部と、
前記予測誤差信号生成部で生成された予測誤差信号を符号化する符号化部と、
を含む動画像符号化装置。 - 前記補正値決定部はさらに、
前記統計量算出部で得られた前記統計量に基づいて、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する、前記補正値についての候補を生成する補正値候補生成部と、
前記補正値候補生成部で生成された前記補正値についての前記候補に対して、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記復号画と前記原画との2乗誤差を計算する誤差計算部と、
前記エッジグループに対応する前記2乗誤差と前記ノイズグループに対応する前記2乗誤差との重み付け和を用いて、前記補正値についての前記候補を用いた場合の符号化コストを算出し、前記符号化コストが最も小さくなる候補を前記補正部が用いる補正値として選択する補正値選択部と、
を含む、請求項1に記載の動画像符号化装置。 - 前記補正値決定部はさらに、前記補正値候補生成部で生成された前記補正値の前記候補の値の符号量を計算する符号量計算部
を含み、
前記補正値選択部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれに対応する前記2乗誤差の重み付け和と、前記符号量の重み付け和とを用いて、前記符号化コストを算出する、請求項2に記載の動画像符号化装置。 - 前記補正値候補生成部は、前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれについての前記累積値の重み付け和を用いて、前記補正値についての前記候補を生成する、請求項2または3に記載の動画像符号化装置。
- 原画を符号化した後に復号して得られる復号画と前記原画との比較から予測誤差信号を生成し、前記予測誤差信号を符号化する、コンピュータによって処理される動画像符号化方法において、
前記復号画のエッジ形状を表す復号画エッジ指標を算出することと、
前記復号画に対応する原画のエッジ形状を表す原画エッジ指標を算出することと、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標とを比較して、前記復号画及び前記復号画に対応する原画を、前記原画のエッジ方向と前記復号画のエッジ方向とが同じエッジグループと、前記原画のエッジ方向と前記復号画のエッジ方向とが異なるノイズグループとに分類することと、
前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれにおいて、前記原画と前記復号画とのエッジ形状に関する統計量として、各グループに分類されている復号画と前記分類されている復号画に対応する原画とについて、前記分類されている復号画と前記対応する原画との差分値の累積値を算出することと、
前記エッジグループに対応する前記統計量への寄与が、前記ノイズグループに対応する前記統計量より大きくなるように、補正値を決定することと、
前記補正値を、前記復号画を構成する各画素の画素値に加算して補正された復号画を生成することと、
前記原画の動きベクトルの検出を行うことと、
前記動きベクトルと前記補正された復号画とから、予測画素信号の生成を行うことと、
前記原画に関する画素信号と前記生成された予測画素信号との差分から予測誤差信号を生成することと、
前記生成された予測誤差信号を符号化することと、
を含む動画像符号化方法。 - 原画を符号化した後に復号して得られる復号画と前記原画との比較から予測誤差信号を生成し、前記予測誤差信号を符号化する、コンピュータによって処理される動画像符号化プログラムにおいて、
前記復号画のエッジ形状を表す復号画エッジ指標を算出させ、
前記復号画に対応する原画のエッジ形状を表す原画エッジ指標を算出させ、
前記復号画エッジ指標と前記原画エッジ指標とを比較させて、前記復号画及び前記復号画に対応する原画を、前記原画のエッジ方向と前記復号画のエッジ方向とが同じエッジグループと、前記原画のエッジ方向と前記復号画のエッジ方向とが異なるノイズグループとに分類させ、
前記エッジグループおよび前記ノイズグループのそれぞれにおいて、前記原画と前記復号画とのエッジ形状に関する統計量として、各グループに分類されている復号画と前記分類されている復号画に対応する原画とについて、前記分類されている復号画と前記対応する原画との差分値の累積値を算出させ、
前記エッジグループに対応する前記統計量への寄与が、前記ノイズグループに対応する前記統計量より大きくなるように、補正値を決定させ、
前記補正値を、前記復号画を構成する各画素の画素値に加算して補正された復号画を生成させ、
前記原画の動きベクトルの検出を行わせ、
前記動きベクトルと前記補正された復号画とから、予測画素信号の生成を行わせ、
前記原画に関する画素信号と前記生成された予測画素信号との差分から予測誤差信号を生成させ、
前記生成された予測誤差信号を符号化させる、
処理をコンピュータに実行させる動画像符号化プログラム。
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