JP6223012B2 - Image coding apparatus and image coding method - Google Patents
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Description
本発明は画像符号化装置及び画像符号化方法に関し、特に、エントロピー符号化にCABACを用いた画像符号化装置に用いて好適な技術に関するものである。 The present invention relates to an image encoding device and an image encoding method, and particularly to a technique suitable for use in an image encoding device using CABAC for entropy encoding.
従来、画像の圧縮符号化方式として、H.264が知られている。この圧縮符号化方式は、画像をマクロブロックと呼ばれる16×16画素のブロックに分割し、動き補償予測、直交変換を行い、さらにその変換係数を量子化し、エントロピー符号化を施し、画像の圧縮符号化を行うものである。この符号化方式は、MPEG−4 Part10としても知られている。 Conventionally, H.264 has been used as a compression encoding method for images. H.264 is known. This compression coding method divides an image into blocks of 16 × 16 pixels called macroblocks, performs motion compensation prediction and orthogonal transformation, further quantizes the transform coefficient, performs entropy coding, and compresses the image. It is a thing to do. This encoding scheme is also known as MPEG-4 Part 10.
H.264では、エントロピー符号化方式として、以下の2種類を規定している。1つはCAVLC(Context-Adaptive Variable Length Coding)であり、もう1つはCABAC(Context−Adaptive Binary Arithmetic Coding)である。 H. H.264 defines the following two types of entropy encoding methods. One is CAVLC (Context-Adaptive Variable Length Coding), and the other is CABAC (Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding).
CABACは、予測画像信号を直交変換して量子化する。そして、二値化手段により二値符号化された二値データに対し、符号化対象のカレントマクロブロックの周辺情報など符号化状態に関わるコンテキストを導出しながら、算術符号化手段により、算術符号化を行うものである。 CABAC quantizes the predicted image signal by orthogonal transform. Then, for binary data binary-encoded by the binarizing means, arithmetic coding means performs arithmetic coding while deriving context related to the coding state such as peripheral information of the current macroblock to be encoded. Is to do.
算術符号化の処理は、二値データを1ビット1サイクルで処理するため、二値データ量に比例して処理サイクルが変化する。また、二値データ量はピクチャタイプや入力される画像によって膨大になる場合がある。よって、算術符号化処理は、発生しうる二値データの最大量にあわせて高速に動作させる必要があるが、消費電力が増大してしまう。 In the arithmetic coding process, binary data is processed in one bit per cycle, so the processing cycle changes in proportion to the amount of binary data. In addition, the amount of binary data may be enormous depending on the picture type and the input image. Therefore, the arithmetic encoding process needs to be operated at high speed in accordance with the maximum amount of binary data that can be generated, but power consumption increases.
そこで、二値化手段と算術符号化手段の間に二値データバッファを備えて、二値データをCABACの符号化単位であるスライス単位にバッファすることで、平均的な速度で算術符号化手段を動作させるようにした符号化装置が考案されている。このような符号化装置は特許文献1に開示されている。
Therefore, a binary data buffer is provided between the binarizing means and the arithmetic coding means, and the binary data is buffered in slice units which are CABAC coding units, so that the arithmetic coding means can be performed at an average speed. An encoding device has been devised that operates the above. Such an encoding apparatus is disclosed in
特許文献1の技術を応用すると、より高ビットレートの符号化への対応が可能である。すなわち、複数の算術符号化手段を備えて、複数のスライスの算術符号化を並列に処理するものである。そして、出力された算術符号化データは複数備えた算術符号化データバッファに各々格納しておき、スライス毎に順次読み出すことで1つの符号化データを得ることができる。これにより、算術符号化手段の動作速度を上げることなく、高ビットレート化が実現できる。
By applying the technique of
しかしながら、前述の高ビットレート対応の方法では、並列動作させる分の複数の算術符号化データバッファが必要であり、装置が大型化するという課題がある。また、複数の算術符号化データバッファの合計サイズを増やさないようにするために、1つあたりのバッファサイズを小さくすると、ピクチャあたりの最大発生符号量を小さく制御しなくてはならなくなり、画質低下の原因となってしまう問題点があった。
本発明は前述の問題点に鑑み、高ビットレートの符号化を行う画像符号化装置において、算術符号化データバッファの増大を抑え、かつ画質低下のない符号化装置を提供できるようにすることを目的とする。
However, the above-described method corresponding to the high bit rate requires a plurality of arithmetically encoded data buffers to be operated in parallel, and there is a problem that the apparatus becomes large. In addition, if the buffer size per one is reduced in order not to increase the total size of a plurality of arithmetically encoded data buffers, the maximum generated code amount per picture must be controlled to reduce the image quality. There was a problem that would cause.
In view of the above-described problems, the present invention is to provide an encoding apparatus that suppresses an increase in the arithmetic encoding data buffer and that does not deteriorate image quality in an image encoding apparatus that performs encoding at a high bit rate. Objective.
本発明の画像符号化装置は、画像データを符号化対象のブロック毎に直交変換して量子化し、エントロピー符号化を行う画像符号化装置であって、前記量子化された信号から二値データを生成する二値化手段と、前記二値化手段により生成された二値データを格納する二値データバッファと、前記二値データバッファに格納された前記二値データを算術符号化する複数の算術符号化手段と、前記複数の算術符号化手段により符号化されたスライス毎の複数の算術符号化データを格納する算術符号化データバッファとを備え、前記複数の算術符号化手段は、並列動作で算術符号化を行うように制御し、前記算術符号化データバッファに現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスは、直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量から導かれるアドレスとすることを特徴とする。 An image encoding device according to the present invention is an image encoding device that performs orthogonal transform on each block to be encoded, quantizes the image data, and performs entropy encoding, wherein binary data is converted from the quantized signal. A binarization unit for generating, a binary data buffer for storing binary data generated by the binarization unit, and a plurality of arithmetic operations for arithmetically encoding the binary data stored in the binary data buffer Encoding means, and an arithmetically encoded data buffer for storing a plurality of arithmetically encoded data for each slice encoded by the plurality of arithmetically encoding means, wherein the plurality of arithmetically encoding means are operated in parallel operation. controlled to perform arithmetic coding, the start address for storing the arithmetic encoded data of the current slice in the arithmetic coding data buffer, beginning a of the arithmetic encoded data of the immediately preceding slice Characterized by an address derived from the binary data of less and the previous slice.
本発明によれば、複数の算術符号化手段により高ビットレートに対応した画像符号化装置において、算術符号化データバッファを一つの連続したメモリ空間とすることが可能となる。これにより、バッファサイズの増大を抑えてかつ画質低下のない符号化装置を提供することができる。 According to the present invention, an arithmetic coding data buffer can be made into one continuous memory space in an image coding apparatus that supports a high bit rate by a plurality of arithmetic coding means. As a result, it is possible to provide an encoding device that suppresses an increase in buffer size and does not cause deterioration in image quality.
以下、本発明に係る画像符号化装置及び画像符号化方法の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係る画像符号化装置100の構成例を示すブロック図である。本実施形態の画像符号化装置は、画像データを符号化対象のブロック毎に直交変換して量子化し、エントロピー符号化を行うために、算術符号化手段を2つ備えた構成例を示している。本実施形態に係る画像符号化装置は、前述したH.264やH.264の後に標準化されたH.265、又はそれらに類似する動画像の符号化方式に対応する。
以下、本実施形態の画像符号化装置100の構成例において、各ブロックの動作について説明する。
Embodiments of an image encoding device and an image encoding method according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an
Hereinafter, the operation of each block will be described in the configuration example of the
図1において、予測処理部101は符号化対象となる画像信号を入力し、16画素×16画素の符号化対象のブロック毎に符号化モードの決定及び動き検出を行う。そして、符号化モードに応じてイントラ予測処理、またはインター予測処理を行って、予測残差信号をDCT変換部102に出力する。
In FIG. 1, a
DCT変換部102は、例えば離散コサイン変換(DCT)のような直交変換を行い、予測残差信号をDCT係数に変換し、量子化部103に出力する。
量子化部103は、DCT係数を量子化し、二値化部104に出力する。この時、量子化に用いられる量子化パラメータは後述する符号量制御部109から入力される。
The
The
メモリインターフェース107は後述する複数のブロック(二値化部104、算術符号化部105、106、フォーマッター110)からの読み書き要求を調停してメモリ108にデータを読み書きするためのインターフェースである。
The
二値化部104は、量子化されたDCT係数を入力し、CABACにおける所定の二値変換方法によりDCT係数を二値化して二値データを出力する。出力された二値データはメモリインターフェース107を介して、二値データを格納する二値データバッファとして設けられているメモリ108の二値データ領域に書き込まれる。また、スライス毎の二値データの発生符号量を計測して符号量制御部109に出力する。
The
符号量制御部109は、二値データの発生符号量が適切な符号量となるように符号化対象のブロック毎に量子化パラメータを算出し、算出した量子化パラメータを量子化部103に出力する。
算術符号化部105および106はメモリインターフェース107を介して、メモリ108の二値データ領域から二値データを読み出す。そして、CABACにおける所定の方法により算術符号化を行い、算術符号データを生成して出力する。
The code
出力された算術符号データはメモリインターフェース107を介して、算術符号化データを格納する算術符号化データバッファとして設けられているメモリ108の算術符号データ領域に書き込まれる。これらの動作は算術符号化部105および106が並列動作して行われる。
The outputted arithmetic code data is written via a
ここで、算術符号化データの書き込み制御について説明する。
本実施形態は、複数の算術符号化手段からの算術符号化データを一つの連続したメモリ空間に格納することを特徴としている。一つの連続したメモリ空間に複数の算術符号化データを同時に書き込むためには、互いにデータを破壊(上書き)しないようにする必要がある。そこで、本実施形態の画像符号化装置100では、現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスを、直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量を加算した値以上のアドレスとしている。
Here, the writing control of the arithmetic coded data will be described.
The present embodiment is characterized in that arithmetic encoded data from a plurality of arithmetic encoding means are stored in one continuous memory space. In order to simultaneously write a plurality of arithmetically encoded data in one continuous memory space, it is necessary not to destroy (overwrite) the data. Therefore, in the
CABACの算術符号化においては、ほとんどの場合、二値データが圧縮されて、二値データよりも算術符号化データの方が小さくなる。よって、前述したようなアドレスとすることで、複数の算術符号化部105、106がデータをメモリ108に同時に書き込んでも、互いにデータを破壊することがなくなる。より詳細な動作説明は後述する。
In CABAC arithmetic coding, in most cases, binary data is compressed, and arithmetic coded data is smaller than binary data. Therefore, by setting the addresses as described above, even when a plurality of
なお、算術符号化において、二値データよりも算術符号化データの方が大きくなってしまった場合は、いずれかのスライスの算術符号化データは破壊されてしまう。このため、これに備えて、予めコピーピクチャとなる算術符号化データをメモリ内の別領域に用意しておいて、破壊されたスライスの算術符号化データの代わりに使用するようにしてもよい。 In arithmetic coding, if arithmetic coded data becomes larger than binary data, the arithmetic coded data of any slice is destroyed. Therefore, in preparation for this, arithmetically encoded data to be a copy picture may be prepared in a separate area in the memory and used instead of the arithmetically encoded data of the destroyed slice.
また、ピクチャタイプによって優先度を決めておいて、優先度の高いスライスを破壊させずに残すようにしてもよい。例えば、画面内予測によって符号化されるピクチャ(Iピクチャ)を1番目に高く、一方向の画面間予測をする符号化ピクチャ(Pピクチャ)を2番目、両方向の画面間予測が可能な符号化ピクチャ(Bピクチャ)を3番目の優先度とする。そして、Iピクチャ、Pピクチャをなるべくコピーピクチャとしないようにすることで、視覚上のコピーピクチャの影響を少なくすることができる。 Alternatively, the priority may be determined according to the picture type, and a slice with a high priority may be left without being destroyed. For example, a picture that is encoded by intra prediction (I picture) is the first highest, a coded picture (P picture) that performs inter-screen prediction in one direction is second, and encoding that enables inter-screen prediction in both directions The picture (B picture) is set as the third priority. Then, by avoiding the I picture and P picture as copy pictures as much as possible, the visual influence of the copy pictures can be reduced.
フォーマッター110は、メモリインターフェース107を介して、メモリ108の算術符号データ領域から順次算術符号データを読み出す。そして、H.264/AVC等で規定されるヘッダーデータなどを付与して、符号化データとして外部に出力する。フォーマッター110から出力された符号化データは、図示しない伝送媒体や記録媒体に出力される。
The
制御部111は、メモリ108内の二値データ領域、算術符号化データ領域に格納される各データアドレスを管理し、各ブロックを制御する。具体的には、二値化部104が二値データを書き出すアドレス、算術符号化部105、106が二値データを読み出すアドレス、算術符号化データを書き出すアドレス、フォーマッター110が算術符号化データを読み出すアドレスを全て管理する。さらに制御部111は、各ブロックに指示して、全体の処理を制御する。
The
次に、図2を参照しながら、二値化部104および算術符号化部105、106の動作内容についてより詳細に説明する。
図2は、二値化部104、算術符号化部105、106、メモリ内の二値データ領域および算術符号データ領域のデータの流れを表すデータフローを説明する図である。
図2において、二値化部104、算術符号化部105、106は、図1の二値化部104、算術符号化部105、106にそれぞれ同じなので同じ符号を付す。二値データ領域201、算術符号化データ領域202は、図1のメモリ108内に配置される二値データ領域、算術符号化データ領域を示している。
Next, the operation contents of the
FIG. 2 is a diagram for explaining a data flow representing the flow of data in the
2, the
また、図2中の「矢印」は説明を分かりやすくするため、動作中のある瞬間のデータの流れを示したものである。また、下記の説明中のアドレスとは、メモリ108内の各データ格納領域の先頭アドレスからのオフセットアドレスを意味している。
Further, the “arrow” in FIG. 2 shows the flow of data at a certain moment during operation for easy understanding of the explanation. Further, the address in the following description means an offset address from the head address of each data storage area in the
メモリ108内において、二値データ領域201および算術符号化データ領域202はリングバッファとして動作するものであり、領域の最後まで書き込まれると、先頭に戻って書き込むように制御されている。
In the
まず、二値化部104から出力された二値データは、二値データ領域201の先頭アドレスから順次書き込まれて、スライス毎にb(n)、b(n+1)、b(n+2)・・・と格納される。また、二値データb(n)、b(n+1)、b(n+2)の各々が格納されたアドレスはそれぞれ、Ab(n)、Ab(n+1)、Ab(n+2)で示されている。
First, the binary data output from the
次に、算術符号化部105、106の動作について2つのステップに分けて説明する。
[ステップ1]
前述したように、二値データ領域201に数スライス分の二値データが書き込まれると、算術符号化部105は二値データ領域201から、1番目のスライスの二値データb(n)を読み出して、算術符号化を行い出力する。出力された算術符号化データc(n)は、算術符号化データ領域202の先頭アドレスAc(n)に導かれ、格納される。c(n)は1番目のスライスであるため、アドレスAc(n)は0となる。
Next, the operation of the
[Step 1]
As described above, when binary data for several slices is written in the
これと同時に、
算術符号化部106は二値データ領域201から、2番目のスライスの二値データb(n+1)を読み出して、算術符号化を行い出力する。出力された算術符号化データc(n+1)は、直前スライスの算術符号化データの先頭アドレスAc(n)と直前のスライスの二値データb(n)の符号量を加算したアドレスAc(n+1)に格納される。
At the same time,
The
[ステップ2]
算術符号化部105は二値データ領域201から、3番目のスライスの二値データb(n+2)を読み出して、算術符号化を行い出力する。出力された算術符号化データc(n+2)は、直前スライスの算術符号化データの先頭アドレスAc(n+1)と直前のスライスの二値データb(n+1)の符号量を加算したアドレスAc(n+2)に格納される。
[Step 2]
The
これと同時に、
算術符号化部106は二値データ領域201から、4番目のスライスの二値データb(n+3)を読み出して、算術符号化を行い出力する。出力された算術符号化データc(n+3)は直前スライスの算術符号化データの先頭アドレスAc(n+2)と直前のスライスの二値データb(n+2)の符号量を加算したアドレスAc(n+3)に格納される。
これ以降はステップ2を繰り返して、順次算術符号化処理がなされていく。
At the same time,
The
Thereafter,
このように、算術符号化部が算術符号化データ領域にデータを書き込む際に、現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスを直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量を加算した値以上のアドレスとする。これにより、複数の算術符号化部がデータを同時に書き込んでも、互いにデータを破壊することがないため、算術符号化データ領域を一つの連続したメモリ空間とすることができる。 Thus, when the arithmetic coding unit writes data to the arithmetic coded data area, the head address for storing the arithmetic coded data of the current slice is set to the head address of the arithmetic coded data of the immediately preceding slice and the previous slice. The address is equal to or greater than the value obtained by adding the binary data amount. As a result, even if a plurality of arithmetic coding units write data simultaneously, the data is not destroyed, so that the arithmetic coded data area can be made into one continuous memory space.
(その他の実施形態)
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、前述した実施形態の機能を実現するソフトウェア(コンピュータプログラム)を、ネットワーク又は各種のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給する。そして、そのシステム或いは装置のコンピュータ(またはCPUやMPU等)がプログラムを読み出して実行する処理である。
(Other embodiments)
The present invention can also be realized by executing the following processing. That is, software (computer program) that implements the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various computer-readable storage media. Then, the computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads out and executes the program.
101 予測処理部
102 DCT変換部
103 量子化部
104 二値化部
105 算術符号化部
106 算術符号化部
107 メモリインターフェース
108 メモリ
109 符号量制御部
110 フォーマッター
111 制御部
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記量子化された信号から二値データを生成する二値化手段と、
前記二値化手段により生成された二値データを格納する二値データバッファと、
前記二値データバッファに格納された前記二値データを算術符号化する複数の算術符号化手段と、
前記複数の算術符号化手段により符号化されたスライス毎の複数の算術符号化データを格納する算術符号化データバッファとを備え、
前記複数の算術符号化手段は、並列動作で算術符号化を行うように制御し、
前記算術符号化データバッファに現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスは、直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量から導かれるアドレスとすることを特徴とする画像符号化装置。 An image encoding device that performs orthogonal transform for each block to be encoded, quantizes, and performs entropy encoding,
Binarization means for generating binary data from the quantized signal;
A binary data buffer for storing binary data generated by the binarization means;
A plurality of arithmetic encoding means for arithmetically encoding the binary data stored in the binary data buffer;
An arithmetic encoded data buffer for storing a plurality of pieces of arithmetic encoded data for each slice encoded by the plurality of arithmetic encoding means,
The plurality of arithmetic encoding means control to perform arithmetic encoding in parallel operation ,
The head address for storing the arithmetic coded data of the current slice in the arithmetic coded data buffer is an address derived from the head address of the arithmetic coded data of the previous slice and the binary data amount of the previous slice. An image encoding device.
前記量子化された信号から二値データを生成する二値化手段と、
前記二値化手段により生成された二値データを格納する二値データバッファと、
前記二値データバッファに格納された前記二値データを算術符号化する複数の算術符号化手段と、
前記複数の算術符号化手段により符号化されたスライス毎の複数の算術符号化データを格納する算術符号化データバッファとを備え、
前記複数の算術符号化手段は、並列動作で算術符号化を行うように制御し、
前記算術符号化データバッファに現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスは、直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量を加算した値以上のアドレスとすることを特徴とする画像符号化装置。 An image encoding device that performs orthogonal transform for each block to be encoded, quantizes, and performs entropy encoding,
Binarization means for generating binary data from the quantized signal;
A binary data buffer for storing binary data generated by the binarization means;
A plurality of arithmetic encoding means for arithmetically encoding the binary data stored in the binary data buffer;
An arithmetic encoded data buffer for storing a plurality of pieces of arithmetic encoded data for each slice encoded by the plurality of arithmetic encoding means,
The plurality of arithmetic encoding means control to perform arithmetic encoding in parallel operation ,
The start address for storing the arithmetically encoded data of the current slice in the arithmetically encoded data buffer is an address equal to or greater than the sum of the arithmetically encoded data of the immediately preceding slice and the binary data amount of the immediately preceding slice. An image encoding apparatus characterized by:
前記量子化された信号から二値データを生成する二値化工程と、
前記二値化工程により生成された二値データを二値データバッファに格納する格納工程と、
前記二値データバッファに格納された前記二値データを算術符号化する複数の算術符号化工程と、
前記複数の算術符号化工程により符号化されたスライス毎の複数の算術符号化データを算術符号化データバッファに格納する格納工程とを備え、
前記複数の算術符号化工程では、並列動作で算術符号化を行うように制御し、
前記格納工程では、前記算術符号化データバッファに現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスを、直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量から導かれるアドレスとすることを特徴とする画像符号化方法。 An image encoding method of an image encoding device that performs orthogonal transform for each block to be encoded, quantizes, and performs entropy encoding,
A binarization step of generating binary data from the quantized signal;
A storage step of storing the binary data generated by the binarization step in a binary data buffer;
A plurality of arithmetic encoding steps for arithmetically encoding the binary data stored in the binary data buffer;
Storing a plurality of pieces of arithmetic encoded data for each slice encoded by the plurality of arithmetic encoding steps in an arithmetic encoded data buffer,
In the plurality of arithmetic encoding steps , control to perform arithmetic encoding in parallel operation ,
In the storing step, the start address for storing the arithmetically encoded data of the current slice in the arithmetically encoded data buffer is derived from the starting address of the arithmetically encoded data of the immediately preceding slice and the binary data amount of the immediately preceding slice. An image encoding method characterized by using an address .
前記量子化された信号から二値データを生成する二値化工程と、
前記二値化工程により生成された二値データを二値データバッファに格納する格納工程と、
前記二値データバッファに格納された前記二値データを算術符号化する複数の算術符号化工程と、
前記複数の算術符号化工程により符号化されたスライス毎の複数の算術符号化データを算術符号化データバッファに格納する格納工程とを備え、
前記複数の算術符号化工程では、並列動作で算術符号化を行うように制御し、
前記格納工程では、前記算術符号化データバッファに現在のスライスの算術符号化データを格納する先頭アドレスは、直前のスライスの算術符号化データの先頭アドレスと直前のスライスの二値データ量を加算した値以上のアドレスとすることを特徴とする画像符号化方法。 An image encoding method of an image encoding device that performs orthogonal transform for each block to be encoded, quantizes, and performs entropy encoding,
A binarization step of generating binary data from the quantized signal;
A storage step of storing the binary data generated by the binarization step in a binary data buffer;
A plurality of arithmetic encoding steps for arithmetically encoding the binary data stored in the binary data buffer;
Storing a plurality of pieces of arithmetic encoded data for each slice encoded by the plurality of arithmetic encoding steps in an arithmetic encoded data buffer,
In the plurality of arithmetic encoding steps , control to perform arithmetic encoding in parallel operation ,
In the storing step, the start address for storing the arithmetically encoded data of the current slice in the arithmetically encoded data buffer is obtained by adding the starting address of the arithmetically encoded data of the immediately preceding slice and the binary data amount of the immediately preceding slice. An image encoding method characterized in that the address is equal to or greater than a value .
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