WO2013001729A1 - 映像符号化装置及び映像復号装置 - Google Patents

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WO2013001729A1
WO2013001729A1 PCT/JP2012/003759 JP2012003759W WO2013001729A1 WO 2013001729 A1 WO2013001729 A1 WO 2013001729A1 JP 2012003759 W JP2012003759 W JP 2012003759W WO 2013001729 A1 WO2013001729 A1 WO 2013001729A1
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quantization step
step size
quantization
video
image
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PCT/JP2012/003759
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English (en)
French (fr)
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啓史 青木
慶一 蝶野
裕三 仙田
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日本電気株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
    • H04N19/102—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or selection affected or controlled by the adaptive coding
    • H04N19/124—Quantisation
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/59—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving spatial sub-sampling or interpolation, e.g. alteration of picture size or resolution

Definitions

  • the present invention relates to a video encoding technique, and more particularly, to a video encoding technique that performs prediction with reference to a reconstructed image and data compression by quantization.
  • a general video encoding device generates encoded data, that is, a bit stream, by performing an encoding process based on a predetermined video encoding method for each frame of an input video.
  • ISO / IEC 14496-10 Advanced Video Coding (AVC) described in Non-Patent Document 1 which is a representative example of a predetermined video encoding method, is a 16 ⁇ 16 pixel size in which each frame is called MB (Macro Block)
  • the MB is further divided into blocks of 4 ⁇ 4 pixel size, and the MB is set as the minimum structural unit for encoding.
  • FIG. 17 shows an example of block division when the frame color format is YCbCr 4: 2: 0 format and the spatial resolution is QCIF (Quarter Intermediate Format).
  • FIG. 18 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a general video encoding device that generates a bitstream compliant with the AVC scheme.
  • FIG. 18 the configuration and operation of a general video encoding apparatus will be described with reference to FIG.
  • a frame memory 107 an intra-frame predictor 108, an inter-frame predictor 109, a prediction selector 110, and a bit stream buffer 111.
  • the image input to the video encoding device is subtracted from the prediction image supplied from the intra-frame predictor 108 or the inter-frame predictor 109 via the prediction selector 110, and then is supplied to the frequency converter 101 as a prediction error image. Entered.
  • the frequency converter 101 converts the input prediction error image from the spatial domain to the frequency domain and outputs it as a coefficient image.
  • the quantizer 102 quantizes the coefficient image supplied from the frequency converter 101 using a quantization step size supplied from the quantization controller 104 for controlling the quantization granularity, and generates a quantized coefficient. Output as an image.
  • variable length encoder 103 entropy encodes the quantized coefficient image supplied from the quantizer 102. Further, the quantization step size supplied from the quantization controller 104 and the image prediction parameter supplied from the prediction selector 110 are encoded together. These encoded data are multiplexed and stored in the bit stream buffer 111 as a bit stream.
  • the bit stream buffer 111 accumulates the bit stream supplied from the variable length encoder 103 and outputs the bit stream as an output of the video encoding device at a predetermined transmission rate.
  • the bit stream buffer 111 adjusts the processing speed in the video encoding device and the transmission speed of the bit stream output from the video encoding device.
  • the quantization step size encoder that performs the encoding of the quantization step size in the variable length encoder 103 includes a quantization step size buffer 10311 and an entropy encoder 10312.
  • the quantization step size buffer 10311 holds the quantization step size Q (i-1) assigned to the image block encoded immediately before.
  • the input quantization step size Q (i) is subtracted from the previous quantization step size Q (i-1) supplied from the quantization step size buffer 10311 as shown in the following equation (1). Thereafter, the difference quantization step size dQ (i) is input to the entropy encoder 10312.
  • the entropy encoder 10312 entropy-encodes the input differential quantization step size dQ (i) and outputs it as a code corresponding to the quantization step size.
  • the quantization controller 104 determines a quantization step size for the current input image block.
  • the quantization controller 104 monitors the output code amount of the variable-length encoder 103 and increases the quantization step size so that the output code amount for the image block decreases, or conversely, the image block. For example, the quantization step size is reduced so that the output code amount for is increased.
  • the video encoding apparatus can encode the input moving image with the target code amount.
  • the determined quantization step size is supplied to the quantizer 102 and the variable length encoder 103.
  • the quantized coefficient image output from the quantizer 102 is inversely quantized by the inverse quantizer 105 and used as a coefficient image for use in prediction in subsequent image block coding.
  • the coefficient image output from the inverse quantizer 105 is returned to the spatial domain by the inverse frequency converter 106 and becomes a prediction error image.
  • the prediction error image is input to the frame memory 107 and the intra-frame predictor 108 as a reconstructed image after the prediction image is added.
  • the frame memory 107 stores a reconstructed image of an image frame input and encoded in the past.
  • An image frame stored in the frame memory 107 is referred to as a reference frame.
  • the intra-frame predictor 108 generates a predicted image with reference to a reconstructed image of an image block encoded in the past in an image frame currently being encoded.
  • the inter-frame predictor 109 generates a predicted image with reference to the reference frame supplied from the frame memory 107.
  • the prediction selector 110 compares the predicted image supplied from the intra-frame predictor 108 with the predicted image supplied from the inter-frame predictor 109, and selects and outputs a predicted image closer to the input image. Also, information (referred to as an image prediction parameter) related to the prediction method performed by the intra-frame predictor 108 or the inter-frame predictor 109 is output and supplied to the variable length encoder 103.
  • a general video encoding apparatus compresses and encodes an input moving image by the above processing to generate a bit stream.
  • FIG. 20 shows an example of the configuration of a general video decoding apparatus that decodes a bitstream output from a general video encoding apparatus and obtains decoded video.
  • a general video decoding apparatus that decodes a bitstream output from a general video encoding apparatus and obtains decoded video.
  • variable length decoder 201 includes a variable length decoder 201, an inverse quantizer 202, an inverse frequency converter 203, a frame memory 204, an intraframe predictor 205, an interframe predictor 206, and a prediction.
  • a selector 207 and a bit stream buffer 208 are provided.
  • the bit stream buffer 208 accumulates the input bit stream and then outputs it to the variable length decoder 201.
  • the bit stream buffer 208 adjusts the transmission speed of the bit stream input to the video decoding apparatus and the processing speed in the video decoding apparatus.
  • the variable length decoder 201 performs variable length decoding on the bit stream input from the bit stream buffer 208, and obtains a quantization step size for controlling the granularity of inverse quantization, a quantized coefficient image, and an image prediction parameter. obtain.
  • the quantization step size and the quantization coefficient image are supplied to the inverse quantizer 202.
  • the image prediction parameters are supplied to the prediction selector 207.
  • the inverse quantizer 202 inversely quantizes the input quantized coefficient image based on the input quantization step size and outputs it as a coefficient image.
  • the inverse frequency transformer 203 transforms the coefficient image supplied from the inverse quantizer 202 from the frequency domain to the spatial domain and outputs it as a prediction error image.
  • the prediction error image is added to the prediction image supplied from the prediction selector 207 to become a decoded image.
  • the decoded image is output from the video decoding apparatus as an output image, and is input to the frame memory 204 and the intra-frame predictor 205.
  • the frame memory 204 stores image frames decoded in the past.
  • An image frame stored in the frame memory 204 is referred to as a reference frame.
  • the intra-frame predictor 205 refers to the reconstructed image of the image block decoded in the past in the image frame currently being decoded based on the image prediction parameter supplied from the variable-length decoder 201, and determines the predicted image. Generate.
  • the inter-frame predictor 206 refers to the reference frame supplied from the frame memory 204 based on the image prediction parameter supplied from the variable length decoder 201, and generates a predicted image.
  • the prediction selector 207 selects the predicted image supplied from the intra-frame predictor 205 and the inter-frame predictor 206 based on the image prediction parameter supplied from the variable length decoder 201.
  • the quantization step size decoder that encodes the quantization step size includes an entropy decoder 20111 and a quantization step size buffer 20112, as shown in FIG.
  • the entropy decoder 20111 entropy-decodes the input code and outputs a differential quantization step size dQ (i).
  • the quantization step size buffer 20112 holds the previous quantization step size Q (i-1).
  • Q (i ⁇ 1) supplied from the quantization step size buffer 20112 is added to the differential quantization step size dQ (i) generated by the entropy decoder 20111. .
  • the added value is output as the quantization step size Q (i) and also input to the quantization step size buffer 20112.
  • a general video decoding apparatus decodes an input bit stream by the above processing and generates a moving image.
  • the quantization controller 104 in the general video encoding apparatus generally not only analyzes the output code amount but also predicts the input image and the prediction.
  • One or both of the error images are analyzed to determine a quantization step size according to human visual sensitivity. That is, the quantization controller 104 performs visual sensitivity adaptive quantization. Specifically, if it is determined that the human visual sensitivity for the current encoding target image is high, the quantization step size is reduced, and conversely if the visual sensitivity is determined to be low, the quantization step size is increased. Set. By performing such control, it becomes possible to allocate a larger amount of code to a region with high visual sensitivity, and thus subjective image quality is improved.
  • Patent Document 1 proposes an adaptive quantization method that uses an activity of a predicted image together with an activity of an input image. Further, Patent Document 2 proposes an adaptive quantization method based on an activity considering an edge portion.
  • the quantization step size frequently changes in the image frame.
  • a general video encoding device that generates a bitstream according to AVC
  • a difference from the quantization step size for the image block encoded immediately before is entropy encoded. Therefore, when the variation in the quantization step size with respect to the encoding order direction increases, the amount of code required for encoding the quantization step size increases. As a result, the size of the bit stream increases and the memory size required for mounting the bit stream buffer increases.
  • the visual sensitivity adaptive quantization technique inevitably increases the amount of code required for coding the quantization step size. Therefore, in a general video encoding device, when the subjective image quality is improved by the visual sensitivity adaptive quantization technology, the size of the bit stream inevitably increases and the required memory size increases. is there.
  • Patent Document 3 discloses that a range to be quantized to zero, that is, a dead zone, according to visual sensitivity in the spatial domain and frequency domain, instead of adaptively setting the quantization step size according to visual sensitivity.
  • a technique for adaptively setting the above is disclosed. The method described in Patent Document 3 makes a dead zone for a conversion coefficient determined to have low visual sensitivity wider than a dead zone for a conversion coefficient determined to have high visual sensitivity. By performing such control, visual sensitivity adaptive quantization can be performed without changing the quantization step size.
  • the present invention has been made in view of the above-described problems.
  • the first object of the present invention is to make it possible to frequently change the quantization step size while suppressing an increase in the code amount, and to suppress an increase in required memory size.
  • An object of the present invention is to provide a video encoding device that performs moving image encoding with high image quality.
  • a second object of the present invention is to provide a video decoding apparatus capable of reproducing high-quality moving images while suppressing an increase in required memory size.
  • a video encoding apparatus is a video encoding apparatus that divides input image data into blocks of a predetermined size, applies quantization to each of the divided image blocks, and performs compression encoding processing.
  • Quantization step size encoding means for encoding quantization step size for controlling quantization granularity, and quantization step size by down-sampling one or more encoded quantization step sizes
  • a quantization step size down-sampling unit for generating a representative value, wherein the quantization step size encoding unit predicts the quantization step size using the quantization step size representative value.
  • a video decoding apparatus is a video decoding apparatus that decodes an image block using inverse quantization on input video compression data, and generates image data as a set of the image blocks.
  • a quantization step size decoding means for decoding the quantization step size for controlling the granularity of the image, and a quantum for generating a representative value of the quantization step size by down-sampling one or more decoded quantization step sizes
  • a quantization step size downsampling unit wherein the quantization step size decoding unit predicts the quantization step size using the representative value of the quantization step size.
  • the quantization step size in the video encoding device, even if the quantization step size is frequently changed within an image frame, an increase in the amount of generated code associated therewith can be suppressed. In other words, the quantization step size can be encoded with a smaller code amount. Therefore, the problem that the required memory size increases for improving subjective image quality by visual sensitivity adaptive quantization is solved. Furthermore, according to the present invention, the quantization step size that frequently changes can be decoded by only receiving a small amount of code in the video decoding device, so that a high-quality moving image can be reproduced with a small required memory size. Can be done.
  • 4 is a flowchart illustrating characteristic steps in a video encoding method according to the present invention.
  • 5 is a flowchart showing characteristic steps in a video decoding method according to the present invention. It is explanatory drawing which shows the example of a block division. It is a block diagram which shows an example of a structure of a video coding apparatus. It is a block diagram which shows the quantization step size encoder in a common video coding apparatus. It is a block diagram which shows an example of a structure of a video decoding apparatus. It is a block diagram which shows the quantization step size encoder in a common video decoding apparatus.
  • FIG. The video encoding apparatus has a frequency converter 101, a quantizer 102, and a variable length encoder 103 as in the general video encoding apparatus shown in FIG.
  • the configuration of the quantization step size encoder included in the variable length encoder 103 is different from the configuration shown in FIG.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a quantization step size encoder in the video encoding apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • the quantization step size encoder according to the present embodiment is different from the quantization step size encoder shown in FIG. 19 in that it includes a predicted quantization step size generator 10313. .
  • the quantization step size buffer 10311 stores and holds the quantization step size assigned to the previously encoded image block.
  • the predicted quantization step size generator 10313 extracts the quantization step size assigned to the previously encoded neighboring image block from the quantization step size buffer, and generates the predicted quantization step size.
  • the input quantization step size is input to the entropy encoder 10312 as the difference quantization step size after the prediction quantization step size supplied from the prediction quantization step size generator 10313 is subtracted.
  • the entropy encoder 10312 entropy-encodes the input differential quantization step size and outputs it as a code corresponding to the quantization step size.
  • the predicted quantization step size generator 10313 generates the predicted quantization step size using the quantization step size of the neighboring image block that does not depend on the coding order, and is input to the entropy encoder 10312. This is because the absolute amount of the difference quantization step size can be reduced.
  • the image block that is the encoding unit has a fixed size.
  • neighboring image blocks used for prediction of the quantization step size three image blocks that are adjacent to each other on the left, upper, and right upper sides in the same image frame are used.
  • the predicted quantization step size generator 10313 calculates the predicted quantization step size pQ (X). And obtained by the following equation (3).
  • Median (x, y, z) is a function that calculates an intermediate value from the three values x, y, and z.
  • the entropy encoder 10312 encodes the differential quantization step size dQ (X) obtained by the following equation (4) using a signed Exp-Golomb (Exponential-Golomb) code which is one of the entropy codes. And output as a code corresponding to the quantization step size for the image block.
  • the neighborhood image block is not limited thereto, and for example, the predicted quantization step size may be obtained by the following equation (5) using image blocks adjacent to the left, the upper, and the upper left, respectively.
  • the number of image blocks used for prediction may be an arbitrary number instead of three, and for example, an average value may be used instead of an intermediate value as a calculation used for prediction.
  • the image block used for prediction does not necessarily have to be adjacent to the current encoding target image block, and may be separated from the current encoding target image block by a predetermined distance.
  • the image block used for prediction is not limited to the image block in the vicinity of the space, that is, in the same image frame, and may be the image block in the vicinity of time, that is, another image frame that has already been encoded. Any neighboring image block may be used.
  • the image block to be encoded and the image block used for prediction have the same fixed size.
  • the present invention is not limited to the case where the image block that is the encoding unit is a fixed size, and the image block that is the encoding unit is a variable size, and the image block to be encoded and the image block used for prediction May be different sizes from each other.
  • the example of encoding based on the Exp-Golomb code is shown. Is not limited to the use of Exp-Golomb codes, and may be encoded based on other entropy codes. For example, encoding based on a Huffman code, an arithmetic code, or the like may be performed.
  • FIG. Similar to the general video decoding apparatus shown in FIG. 20, the video decoding apparatus according to the second embodiment of the present invention includes a variable length decoder 201, an inverse quantizer 202, an inverse frequency converter 203, A frame memory 204, an intra-frame predictor 205, an inter-frame predictor 206, a prediction selector 207, and a bit stream buffer 208.
  • the configuration of the quantization step size decoder included in the variable length decoder 201 is different from the configuration shown in FIG.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a quantization step size decoder in the video decoding apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • the quantization step size decoder in the present embodiment is different from the quantization step size decoder shown in FIG. 21 in that it includes a predicted quantization step size generator 20113.
  • the entropy decoder 20111 entropy-decodes the input code and outputs a differential quantization step size.
  • the quantization step size buffer 20112 stores and holds the quantization step size decoded in the past.
  • the prediction quantization step size generator 20113 extracts the quantization step size corresponding to the neighboring pixel block of the current decoding target image block from the quantization step size buffer among the quantization step sizes decoded in the past, Generate a step size. Specifically, for example, the same operation as the predictive quantization step size generator 10313 in the specific example of the video encoding device of the first embodiment is performed.
  • the differential quantization step size generated by the entropy decoder 20111 is added to the predicted quantization step size supplied from the predicted quantization step size generator 20113, and then output as a quantization step size. It is input to the step size buffer 20112.
  • the video decoding apparatus can decode the quantization step size only by receiving a smaller code amount. As a result, it is possible to suppress an increase in the required memory size due to the quantization step size variation.
  • the predicted quantization step size generator 20113 generates the predicted quantization step size using the quantization step size of the neighboring image block that does not depend on the decoding order, so that the predicted quantization step size is actually assigned. This is because the entropy decoder 20111 only needs to decode a differential quantization step size close to zero.
  • the reason why a predicted quantization step size close to the actually assigned quantization step size is obtained by generating the predicted quantization step size using the quantization step size of the neighboring image block is generally that between moving pixels This is because, when visual sensitivity adaptive quantization is used, the similarity of the quantization step size assigned to a highly correlated neighboring image block increases.
  • FIG. 18 the video encoding apparatus according to the third embodiment of the present invention is similar to the video encoding apparatus according to the first embodiment of the present invention, as shown in FIG.
  • a variable length encoder 103, a quantization controller 104, an inverse quantizer 105, an inverse frequency converter 106, a frame memory 107, an intra-frame predictor 108, an inter-frame predictor 109, A prediction selector 110 and a bit stream buffer 111 are provided.
  • the configuration of the quantization step size encoder in the variable length encoder 103 is different from the configurations shown in FIGS. 19 and 1.
  • FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a quantization step size encoder in the video encoding apparatus according to the third embodiment of the present invention.
  • the configuration of the quantization step size encoder in the present embodiment is compared with the quantization step size encoder in the video encoding device of the first embodiment shown in FIG. 1. The difference is that it includes a quantization step size downsampler 10314 and a quantization step size upsampler 10315.
  • the operations of the prediction quantization step size generator 10313 and the entropy encoder 10312 are the same as the operations of the quantization step size encoder in the video encoding device of the first embodiment, the description thereof is omitted here. .
  • the quantization step size down-sampling unit 10314 down-samples the quantization step size assigned to the encoded image block based on a predetermined method and supplies it to the quantization step size buffer 10311.
  • the quantization step size buffer 10311 accumulates and holds the quantization step size supplied from the quantization step size downsampling unit 10314 for the past downsampled encoded image block.
  • the quantization step size up-sampling unit 10315 extracts the quantization step size for the past encoded image block that has been down-sampled from the quantization step size buffer 10311, up-samples it based on a predetermined method, and performs prediction quantization. To the step size generator 10313.
  • the video encoding apparatus can reduce the required capacity of the quantization step size buffer as compared with the video encoding apparatus according to the first embodiment. As a result, in the video encoding device, an increase in the required memory size for changing the quantization step size can be further suppressed.
  • an image block as a coding unit has a fixed size, and each image block is represented by two-dimensional block coordinates with the upper left block on the frame as the origin, as shown in FIG. To do.
  • neighboring image blocks used for predicting the quantization step size three image blocks adjacent to the left, upper, and right diagonally upper sides in the same image frame are used.
  • the current image block to be encoded is X
  • the block coordinates of the block X are (x (X), y (X)), and the block coordinates (x (X) -1
  • the block located at y (X)) is A
  • the block adjacent to the upper block coordinates (x (X), y (X) -1) is B
  • C be the block located at +1, y (X) -1).
  • the predicted quantization step size generator 10313 has a predicted quantization step of the block X.
  • the size pQ (X) is obtained by the following equation (6).
  • Median (x, y, z) is a function for obtaining an intermediate value from three values of x, y, and z.
  • Q ds (Z) represents the representative quantization step size in block Z.
  • the block coordinate of Z is expressed as (x (Z), y (Z)) and the block located at the block coordinate (v, w) is expressed as Blk (v, w), Q ds (Z) is expressed as (7 ).
  • the predictive quantization step size generator 10313 is supplied from the quantization step size buffer 10311 through the quantization step size upsampler 10315.
  • the quantization step size downsampling unit 10314 operates so as not to supply other quantization step sizes to the quantization step size buffer 10311.
  • the required memory capacity of the quantization step size buffer 10311 can be reduced to 1 / N 2 .
  • the obtained predicted quantization step size is encoded by the entropy encoder 10312 and output.
  • the operation of the entropy encoder 10312 is the same as a specific operation example in the video encoding device of the first embodiment.
  • the neighboring image block is not limited to this, and for example, using the adjacent image blocks on the left, upper, and diagonally left upper, the predicted quantization step size is set by the following equation (8) instead of the equation (6). You may ask for it.
  • D is a block that is adjacent to block X on the upper left and is located at block coordinates (x (X) -1, y (X) -1).
  • the number of image blocks used for prediction may be an arbitrary number instead of three, and for example, an average value may be used instead of an intermediate value as a calculation used for prediction.
  • the image block used for prediction does not necessarily have to be adjacent to the current encoding target image block, and may be separated from the current encoding target image block by a predetermined distance.
  • the image block used for prediction is not limited to the image block in the vicinity of the space, that is, in the same image frame, and may be the image block in the vicinity of time, that is, another image frame that has already been encoded. Any neighboring image block may be used.
  • the image block to be encoded and the image block used for prediction have the same fixed size.
  • the present invention is not limited to the case where the image block that is the encoding unit is a fixed size, and the image block that is the encoding unit is a variable size, and the image block to be encoded and the image block used for prediction May be different sizes from each other.
  • the quantization step size representative value may be obtained by the following equation (9), and any calculation other than the average value calculation such as an intermediate value calculation may be used. .
  • the horizontal downsampling and the vertical downsampling are performed at the same magnification.
  • different magnifications may be used in the horizontal direction and the vertical direction.
  • downsampling may be performed only in one of the horizontal direction and the vertical direction. Further, downsampling may be performed by any other method.
  • Embodiment 4 FIG.
  • the video decoding apparatus according to the fourth embodiment of the present invention is similar to the video decoding apparatus according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 20, with a variable length decoder 201 and an inverse quantizer 202.
  • the configuration of the quantization step size decoder included in the variable length decoder 201 is different from the configurations shown in FIGS. 21 and 3.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a quantization step size decoder in the video decoding apparatus according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the quantization step size decoder for decoding the quantization step size in the variable length decoder 201 of the video encoding apparatus of the present embodiment is the same as that of the second embodiment shown in FIG.
  • the difference is that it includes a quantization step size downsampler 20114 and a quantization step size upsampler 20115.
  • the operations of the predictive quantization step size generator 20113 and the entropy decoder 20111 are the same as the operations of the quantization step size decoder in the video decoding apparatus of the second embodiment, and thus description thereof is omitted here.
  • the quantization step size down-sampling device 20114 down-samples the previously decoded quantization step size based on a predetermined method and supplies it to the quantization step size buffer 20112.
  • the quantization step size buffer 20112 accumulates and holds the down-decoded past decoded quantization step size supplied from the quantization step size downsampler 20114.
  • the quantization step size up-sampling device 20115 extracts the past decoded quantization step size down-sampled from the quantization step size buffer 20112, up-samples based on a predetermined method, and generates a predicted quantization step size. To the container 20113.
  • the predicted quantization step size generator 20113 obtains the predicted quantization step size pQ (X) of the block X by the above equation (6) or (8).
  • the video decoding apparatus can reduce the required capacity of the quantization step size buffer as compared with the video encoding apparatus according to the second embodiment. As a result, in the video encoding device, an increase in the required memory size for changing the quantization step size can be further suppressed.
  • FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a video encoding apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a quantization step size encoder in the video encoding apparatus of the present embodiment.
  • the video encoding apparatus according to the present embodiment is different from the video encoding apparatus according to the third embodiment (see FIG. 18) in terms of a quantization step size downsampling controller 112 and a multiplexer. 113 is different.
  • the quantization step size encoder that performs the encoding of the quantization step size in the variable length encoder 103 of the video encoding device of the present embodiment is shown in FIG.
  • the quantization step size downsampling unit 10314 and the quantization step size upsampling unit 10315 are compared with the quantization step size downsampling controller 112 shown in FIG.
  • the difference from the third embodiment is that size downsampling parameters are supplied.
  • the quantization step size down-sampling controller 112 receives control information that defines the down-sampling operation in the quantization step size down-sampling unit 10314 and the up-sampling operation in the quantization step size up-sampling unit 10315, and the variable-length encoder 103 and This is supplied to the multiplexer 113.
  • the control information defining the quantization step size downsampling operation and the upsampling operation is referred to as a quantization step size downsampling parameter.
  • the quantization step size downsampling parameter includes a number N representing the granularity of downsampling.
  • the multiplexer 113 multiplexes the quantization step size down-sampling parameter on the video bit stream supplied from the variable length encoder 103 and outputs it as a bit stream.
  • the quantization step size downsampler 10314 downsamples the quantization step size assigned to the encoded image block based on a method defined by the quantization step size downsampling parameter, This is supplied to the size buffer 10311.
  • the quantization step size upsampling unit 10315 extracts the quantization step size for the past encoded image block that has been down-sampled from the quantization step size buffer 10311, and performs the method defined by the quantization step size down-sampling parameter. Upsampling is performed based on the result, and the result is supplied to the predicted quantization step size generator 10313.
  • the video encoding apparatus can reduce the required capacity of the quantization step size buffer as compared with the video encoding apparatus according to the first embodiment.
  • the video encoding apparatus according to the present embodiment suppresses a decrease in the correlation between the encoding target quantization step size and the quantization step size used for prediction, as compared with the video encoding apparatus according to the third embodiment.
  • the granularity of downsampling can be controlled. Therefore, the amount of code required for encoding the quantization step size can be reduced. That is, the video encoding device of the present embodiment, compared with the video encoding devices of the first and third embodiments, reduces the amount of required capacity of the quantization step size buffer and encodes the quantization step size. It is possible to optimize the balance between the required amount of code reduction. As a result, it is possible to suppress an increase in the required memory size due to the quantization step size variation.
  • the quantization step size encoder performs the same operation as the specific operation example of the video encoding device of the third embodiment.
  • the number N representing the granularity of downsampling in the above-described equation (7) or (9) is supplied from the quantization step size downsampling controller 112.
  • the multiplexer 113 conforms to the description of “Specification of syntax functions, categories, and descriptors” in Non-Patent Document 1, and the list shown in FIG. As illustrated in (1), it is multiplexed into a bit stream as part of header information.
  • the value of the number N representing the granularity of downsampling is used as the quantization step size downsampling parameter.
  • the present invention is not limited to this, and any other parameter can be used as the quantization step size downsampling. It may be used as a parameter.
  • information indicating the type of calculation when generating a representative quantization step size using a plurality of quantization step sizes may be used as a quantization step size downsampling parameter.
  • FIG. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the video decoding apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a block diagram showing a configuration of a quantization step size decoder in the video decoding apparatus of the present embodiment.
  • the video decoding apparatus according to the present embodiment is demultiplexer 209 and quantization step size downsampling controller 210 as compared with the video decoding apparatus according to the fourth embodiment (see FIG. 20). Is different.
  • the quantization step size decoder that performs decoding of the quantization step size in the variable length decoder 201 of the video decoding device of the present embodiment is the quantization step size shown in FIG. 6.
  • the quantization step size down-sampling parameter from the quantization step size down-sampling controller 210 shown in FIG. The supplied point is different from the fourth embodiment.
  • the demultiplexer 209 demultiplexes the video bitstream supplied from the bitstream buffer 208, and performs the downsampling operation and the quantization stepsize upsampling in the video bitstream and the quantization step size downsampler 20114.
  • Control information defining the upsampling operation in the device 20115 is extracted.
  • the control information defining the quantization step size downsampling operation and the upsampling operation is referred to as a quantization step size downsampling parameter.
  • the quantization step size downsampling parameter includes a number N representing the downsampling granularity.
  • the quantization step size downsampler 20114 downsamples the previously decoded quantization step size based on a method defined by the quantization step size downsampling parameter, and supplies the result to the quantization step size buffer 20112. .
  • the quantization step size upsampler 20115 retrieves the quantization step size for the past decoded image block that has been downsampled from the quantization step size buffer 20112, and is based on a method defined by the quantization step size downsampling parameter. Up-sampled and supplied to the prediction quantization step size generator 20113.
  • the predicted quantization step size generator 20113 obtains the predicted quantization step size pQ (X) of the block X by the above equation (6) or (8).
  • the video decoding apparatus can reduce the required capacity of the quantization step size buffer as compared with the video decoding apparatus according to the second embodiment. Also, the video decoding apparatus according to the present embodiment is controlled under a control that suppresses a decrease in the correlation between the quantization step size to be decoded and the quantization step size used for prediction, as compared with the video decoding apparatus according to the fourth embodiment. Downsampling can be performed. Therefore, the quantization step size can be decoded only by receiving a smaller code amount.
  • the video decoding apparatus compared with the video decoding apparatuses according to the second and fourth embodiments, reduces the amount of required capacity of the quantization step size buffer and the received code accompanying the decoding of the quantization step size.
  • the balance between the amount of reductions can be optimized. As a result, it is possible to suppress an increase in the required memory size due to the quantization step size variation.
  • each of the above embodiments can be configured by hardware, it can also be realized by a computer program.
  • the information processing system illustrated in FIG. 12 includes a processor 1001, a program memory 1002, a storage medium 1003 for storing video data, and a storage medium 1004 for storing a bitstream.
  • the storage medium 1003 and the storage medium 1004 may be separate storage media, or may be storage areas composed of the same storage medium.
  • a magnetic storage medium such as a hard disk can be used as the storage medium.
  • the program memory 1002 stores each block shown in FIG. 18, FIG. 20, FIG. 7, FIG. 8, each block shown in Fig. 11 is included, and a program for realizing the function (excluding the buffer block) is stored. Then, the processor 1001 executes processing according to the program stored in the program memory 1002, whereby FIGS. 18, 20, 7, 10 and 1, 3, 4, 6, 8, The functions of the video encoding device or the video decoding device shown in FIG. 11 are realized.
  • FIG. 13 is a block diagram showing characteristic components in the video encoding apparatus according to the present invention.
  • a video encoding apparatus includes a quantization step size encoding unit 11 that encodes a quantization step size that controls the granularity of quantization, and one or more encoded units.
  • a quantization step size down-sampling unit 12 that performs down-sampling on the quantization step size to generate a quantization step size representative value, and the quantization step size encoding unit 11 stores the quantization step size representative value Used to predict the quantization step size.
  • the video encoding apparatus further includes a quantization step size downsampling control unit 13 that controls the operation of the quantization step size downsampling unit 12 based on predetermined operation parameters, a compression encoded video bitstream, and quantization A multiplexing unit 14 that multiplexes at least some of the operation parameters of the step size downsampling unit 12 may be provided.
  • FIG. 14 is a block diagram showing characteristic components in the video decoding apparatus according to the present invention.
  • a video decoding apparatus includes a quantization step size decoding unit 21 that decodes a quantization step size that controls the granularity of inverse quantization, and one or more decoded quantization steps.
  • a quantization step size down-sampling unit 22 that performs down-sampling on the size to generate a representative quantization step size, and the quantization step size decoding unit 21 performs quantization using the representative quantization step size It is configured to predict the step size.
  • the video decoding apparatus further includes a quantization step size down-sampling control unit 23 that controls the operation of the quantization step size down-sampling unit 22 based on predetermined operation parameters, and operation parameters of the quantization step size down-sampling unit 12.
  • a demultiplexing unit 24 that demultiplexes the bitstream including at least a part may be provided.
  • FIG. 15 is a flowchart showing characteristic steps in the video encoding method according to the present invention.
  • the video encoding method includes a step S11 of generating a quantization step size representative value by performing a downsampling process on one or more encoded quantization step sizes, And step S12 for predicting the quantization step size using the representative value of the quantization step size when encoding the quantization step size for controlling the granularity.
  • FIG. 16 is a flowchart showing characteristic steps in the video decoding method according to the present invention.
  • the video decoding method includes a step S21 of generating a representative quantization step size by performing a downsampling process on one or more encoded quantization step sizes; Step S22 for predicting the quantization step size using the representative value of the quantization step size when decoding the quantization step size for controlling the granularity.
  • a video encoding method in which input image data is divided into blocks of a predetermined size, quantization is applied to each of the divided image blocks, and compression encoding processing is performed.
  • a quantization step size representative value is generated by performing a downsampling process on one or a plurality of quantization step sizes, and the quantization step size for controlling the quantization granularity is encoded.
  • a video encoding method wherein the quantization step size is predicted using a step size representative value.
  • (Supplementary note 4) The video encoding method according to any one of supplementary notes 1 to 3, wherein the downsampling processing is controlled based on a predetermined operation parameter, and the compression-encoded video bitstream and the downsampling are performed.
  • a video encoding program in a video encoding apparatus that divides input image data into blocks of a predetermined size, applies quantization to each of the divided image blocks, and performs compression encoding processing. , Processing to generate a representative quantization step size by performing downsampling on one or more encoded quantization step sizes on the computer, and a quantization step size for controlling the quantization granularity
  • a video encoding program for executing a process of predicting the quantization step size using the representative value of the quantization step size when encoding.
  • the video encoding program according to any one of supplementary note 11 to supplementary note 13, which causes a computer to perform the down-sampling process based on a predetermined operation parameter, and to perform compression-coded video bitstream and down-coding
  • a video encoding program for executing a process of multiplexing at least a part of operation parameters of a sampling process.
  • a video decoding program in a video decoding apparatus that decodes an image block using inverse quantization on input video compression data and generates image data as a set of the image blocks, A process of generating a representative quantization step size by performing a downsampling process on one or more encoded quantization step sizes, and decoding a quantization step size that controls the quantization granularity And a process of predicting the quantization step size using the quantization step size representative value.
  • the video decoding program according to any one of supplementary note 16 to supplementary note 18, which causes a computer to execute a process of demultiplexing a bitstream including at least a part of an operation parameter, and based on the operation parameter A video decoding program for performing the downsampling process.
  • Quantization step size encoding part 12 Quantization step size downsampling part 13 Quantization step size downsampling control part 14 Multiplexing part 21 Quantization step size decoding part 22 Quantization step size downsampling part 23 Quantization step size down Sampling control unit 24 Demultiplexing unit 101 Frequency converter 102 Quantizer 103 Variable length encoder 104 Quantization controller 105 Inverse quantizer 106 Inverse frequency converter 107 Frame memory 108 Intraframe predictor 109 Interframe predictor DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 Prediction selector 111 Bit stream buffer 112 Quantization step size downsampling controller 113 Multiplexer 201 Variable length decoder 202 Inverse quantum 203 Inverse frequency converter 204 Frame memory 205 Intra-frame predictor 206 Inter-frame predictor 207 Prediction selector 208 Bit stream buffer 209 Demultiplexer 210 Quantization step size downsampling controller 1001 Processor 1002 Program memory 1003 Storage medium 1004 Storage medium 10311 Quantization step size

Landscapes

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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

　映像符号化装置は、量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化する量子化ステップサイズ符号化部１１と、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング部１２とを備えている。量子化ステップサイズ符号化部１１は、量子化ステップサイズ代表値を用いて量子化ステップサイズを予測するように構成される。

Description

映像符号化装置及び映像復号装置
　本発明は、映像符号化技術、特に、再構築画像を参照しての予測と量子化によるデータ圧縮とを行う映像符号化技術に関する。
　一般的な映像符号化装置は、入力映像の各フレームに対し、所定の映像符号化方式に準拠した符号化処理を行うことによって、符号化データすなわちビットストリームを生成する。所定の映像符号化方式の代表例である、非特許文献１に記載されたISO/IEC 14496-10 Advanced Video Coding （ＡＶＣ）は、各フレームをＭＢ（Macro Block）とよばれる１６×１６画素サイズのブロックに分割し、さらに、ＭＢを４×４画素サイズのブロックに分割して、ＭＢを符号化の最小構成単位とする。図１７に、フレームのカラーフォーマットがYCbCr 4:2:0フォーマットであり、空間解像度がＱＣＩＦ（Quarter Common Intermediate Format）の場合におけるブロック分割の例を示す。
　分割された各画像ブロックは、順次映像符号化装置に入力され、符号化される。図１８は、ＡＶＣ方式に準拠したビットストリームを生成する一般的な映像符号化装置の構成の一例を示すブロック図である。以下、図１８を参照して、一般的な映像符号化装置の構成と動作について説明する。
　図１８に示す映像符号化装置は、周波数変換器１０１と、量子化器１０２と、可変長符号化器１０３と、量子化制御器１０４と、逆量子化器１０５と、逆周波数変換器１０６と、フレームメモリ１０７と、フレーム内予測器１０８と、フレーム間予測器１０９と、予測選択器１１０と、ビットストリームバッファ１１１とを備える。
　映像符号化装置に入力された画像は、予測選択器１１０を介してフレーム内予測器１０８もしくはフレーム間予測器１０９より供給される予測画像を減じられた後、予測誤差画像として周波数変換器１０１に入力される。
　周波数変換器１０１は、入力された予測誤差画像を空間領域から周波数領域に変換し、係数画像として出力する。
　量子化器１０２は、周波数変換器１０１より供給された係数画像を、量子化制御器１０４より供給される、量子化の粒度を制御するための量子化ステップサイズを用いて量子化し、量子化係数画像として出力する。
　可変長符号化器１０３は、量子化器１０２より供給される量子化係数画像をエントロピー符号化する。また、量子化制御器１０４から供給される前記量子化ステップサイズと、予測選択器１１０から供給される画像予測パラメータとを併せて符号化する。これらの符号化データは多重化され、ビットストリームとしてビットストリームバッファ１１１に蓄積される。
　ビットストリームバッファ１１１は、可変長符号化器１０３より供給されるビットストリームを蓄積し、所定の伝送速度によって、映像符号化装置の出力としてビットストリームを出力する。ビットストリームバッファ１１１によって、映像符号化装置内の処理速度と、映像符号化装置より出力されるビットストリームの伝送速度とが調整される。
　ここで、図１９を用いて、可変長符号化器１０３における量子化ステップサイズの符号化処理を説明する。可変長符号化器１０３において量子化ステップサイズの符号化を行う量子化ステップサイズ符号化器は、図１９に示されるように、量子化ステップサイズバッファ１０３１１と、エントロピー符号化器１０３１２とを含む。
　量子化ステップサイズバッファ１０３１１は、直前に符号化した画像ブロックに対して割り当てた量子化ステップサイズQ(i-１)を保持する。
　入力された量子化ステップサイズQ(i)は、以下の（１）式に示すように、量子化ステップサイズバッファ１０３１１から供給される直前の量子化ステップサイズQ(i-１)を減じられた後、差分量子化ステップサイズdQ(i)として、エントロピー符号化器１０３１２に入力される。
　dQ(i) = Q(i) － Q(i-１) 　　　　　　　　　　　・・・（１）
　エントロピー符号化器１０３１２は、入力された差分量子化ステップサイズdQ(i)をエントロピー符号化し、量子化ステップサイズに対応する符号として出力する。
　以上で、量子化ステップサイズ符号化処理の説明を終了する。
　量子化制御器１０４は、現在の入力画像ブロックに対する量子化ステップサイズを決定する。一般には、量子化制御器１０４は、可変長符号化器１０３の出力符号量を監視し、当該画像ブロックに対する出力符号量が小さくなるように量子化ステップサイズを大きくしたり、逆に当該画像ブロックに対する出力符号量が大きくなるように量子化ステップサイズを小さくしたりする。量子化ステップサイズを増減することによって、映像符号化装置が入力動画像を目標符号量で符号化できるようにする。決定された量子化ステップサイズは、量子化器１０２及び可変長符号化器１０３に供給される。
　量子化器１０２より出力された量子化係数画像は、以降の画像ブロックの符号化において予測に用いるために、逆量子化器１０５によって逆量子化されて、係数画像となる。逆量子化器１０５より出力された係数画像は、逆周波数変換器１０６によって空間領域に戻されて、予測誤差画像となる。予測誤差画像は、予測画像を加えられた後、再構築画像としてフレームメモリ１０７及びフレーム内予測器１０８に入力される。
　フレームメモリ１０７は、過去に入力され符号化された画像フレームの再構築画像を蓄積する。フレームメモリ１０７に蓄積される画像フレームを、参照フレームと呼ぶ。
　フレーム内予測器１０８は、現在符号化中の画像フレーム内において過去に符号化された画像ブロックの再構築画像を参照して、予測画像を生成する。
　フレーム間予測器１０９は、フレームメモリ１０７より供給される参照フレームを参照して、予測画像を生成する。
　予測選択器１１０は、フレーム内予測器１０８から供給される予測画像とフレーム間予測器１０９から供給される予測画像を比較して、入力画像に近い側の予測画像を選択し出力する。また、フレーム内予測器１０８又はフレーム間予測器１０９が行った予測方法に関する情報（画像予測パラメータと呼ぶ）を出力し、可変長符号化器１０３に供給する。
　一般的な映像符号化装置は、以上の処理によって入力動画像を圧縮符号化し、ビットストリームを生成する。
　出力されたビットストリームは、映像復号装置に伝達され、映像復号装置によって復号処理が行われて、動画像として復元される。図２０は、一般的な映像符号化装置が出力したビットストリームを復号し復号映像を得る、一般的な映像復号装置の構成の一例を示す。以下、図２０を参照して、一般的な映像復号装置の構成と動作を説明する。
　図２０に示す映像復号装置は、可変長復号器２０１と、逆量子化器２０２と、逆周波数変換器２０３と、フレームメモリ２０４と、フレーム内予測器２０５と、フレーム間予測器２０６と、予測選択器２０７と、ビットストリームバッファ２０８とを備える。
　ビットストリームバッファ２０８は、入力されたビットストリームを蓄積した後、可変長復号器２０１に出力する。ビットストリームバッファ２０８によって、映像復号装置に入力されるビットストリームの伝送速度と、映像復号装置内の処理速度とが調整される。
　可変長復号器２０１は、ビットストリームバッファ２０８より入力されたビットストリームを可変長復号し、逆量子化の粒度を制御するための量子化ステップサイズと、量子化係数画像と、画像予測パラメータとを得る。前記量子化ステップサイズと量子化係数画像は、逆量子化器２０２に供給される。画像予測パラメータは、予測選択器２０７に供給される。
　逆量子化器２０２は、入力された量子化係数画像を、入力された量子化ステップサイズに基づいて逆量子化して、係数画像として出力する。
　逆周波数変換器２０３は、逆量子化器２０２から供給される係数画像を周波数領域から空間領域に変換し、予測誤差画像として出力する。予測誤差画像は、予測選択器２０７から供給される予測画像と加算されて、復号画像となる。復号画像は、出力画像として映像復号装置から出力されるとともに、フレームメモリ２０４及びフレーム内予測器２０５に入力される。
　フレームメモリ２０４は、過去に復号された画像フレームを蓄積する。フレームメモリ２０４に蓄積される画像フレームを、参照フレームと呼ぶ。
　フレーム内予測器２０５は、現在復号中の画像フレーム内において過去に復号された画像ブロックの再構築画像を、可変長復号器２０１より供給される画像予測パラメータに基づいて参照して、予測画像を生成する。
　フレーム間予測器２０６は、フレームメモリ２０４より供給される参照フレームを、可変長復号器２０１より供給される画像予測パラメータに基づいて参照して、予測画像を生成する。
　予測選択器２０７は、フレーム内予測器２０５とフレーム間予測器２０６から供給される予測画像を、可変長復号器２０１から供給される画像予測パラメータに基づいて選択する。
　ここで、図２１を用いて、可変長復号器２０１における量子化ステップサイズの復号処理について説明する。可変長復号器２０１において、量子化ステップサイズの符号化を行う量子化ステップサイズ復号器は、図２１に示されるように、エントロピー復号器２０１１１と、量子化ステップサイズバッファ２０１１２とを含む。
　エントロピー復号器２０１１１は、入力された符号をエントロピー復号し、差分量子化ステップサイズdQ(i)を出力する。
　量子化ステップサイズバッファ２０１１２は、直前の量子化ステップサイズQ(i-１)を保持する。
　以下の（２）式に示すように、エントロピー復号器２０１１１により生成された差分量子化ステップサイズdQ(i)に、量子化ステップサイズバッファ２０１１２から供給されるQ(i-１)が加算される。加算値は、量子化ステップサイズQ(i)として出力されるとともに、量子化ステップサイズバッファ２０１１２に入力される。
　Q(i) = Q(i-１) + dQ(i)　　　　　　　　　　　・・・（２）
　以上で、量子化ステップサイズ復号処理の説明を終了する。
　一般的な映像復号装置は、以上の処理によって入力ビットストリームを復号し、動画像を生成する。
　ところで、符号化処理によって圧縮される動画像の主観品質を保つために、一般的な映像符号化装置における量子化制御器１０４は、一般に、出力符号量を解析するだけでなく、入力画像と予測誤差画像の一方又は双方を解析して、人間の視覚感度に応じた量子化ステップサイズを決定する。すなわち、量子化制御器１０４は、視覚感度適応量子化を行う。具体的には、現符号化対象画像に対する人間の視覚感度が高いと判定された場合には量子化ステップサイズを小さく、逆に視覚感度が低いと判定された場合には量子化ステップサイズを大きく設定する。そのような制御が行われることによって、視覚感度の高い領域に対して、より多くの符号量を割り当てることが可能になるので、主観画質が向上する。
　視覚感度適応量子化技術としては、例えば、MPEG-２のTest Model 5（TM５）で採用された、入力画像のテクスチャの複雑度に基づく適応量子化が知られている。テクスチャの複雑度は、一般に、アクティビティと呼ばれる。また、特許文献１では、入力画像のアクティビティに併せて予測画像のアクティビティを用いる適応量子化方式が提案されている。また、特許文献２では、エッジ部を考慮したアクティビティに基づく適応量子化方式が提案されている。
　視覚感度適応量子化技術を用いるときに、画像フレーム内で、頻繁に量子化ステップサイズの変動が発生することが問題となる。ＡＶＣに従うビットストリームを生成する一般的な映像符号化装置では、量子化ステップサイズを符号化するにあたって、直前に符号化した画像ブロックに対する量子化ステップサイズとの差分をエントロピー符号化する。従って、符号化順序方向に対する量子化ステップサイズの変動が大きくなると、量子化ステップサイズの符号化に要する符号量が増加する。その結果、ビットストリームのサイズが増加し、ビットストリームバッファの実装に必要なメモリサイズが増大してしまう。
　符号化順序方向は画面上の視覚感度の連続性とは無関係であるため、視覚感度適応量子化技術は、必然的に量子化ステップサイズの符号化に要する符号量を増加させる。ゆえに、一般的な映像符号化装置では、視覚感度適応量子化技術によって主観画質を改善させようとした場合、必然的にビットストリームのサイズが増加し、所要メモリサイズが増大してしまうという問題がある。
　この問題に対して、特許文献３には、視覚感度に応じて量子化ステップサイズを適応設定する代わりに、空間領域及び周波数領域での視覚感度に応じて、ゼロに量子化する範囲すなわちデッドゾーンを適応設定する技術が開示されている。特許文献３に記載された方式は、視覚感度が低いと判定された変換係数に対するデッドゾーンを、視覚感度が高いと判定された変換係数に対するデッドゾーンよりも広くする。そのような制御が行われることによって、量子化ステップサイズを変動させることなく、視覚感度適応量子化を行うことができる。
特許２６４６９２１号公報 特許４５２９９１９号公報 特許４６１３９０９号公報
ISO/IEC 14496-10 Advanced Video Coding
　しかし、特許文献３に記載された技術を用いると、デッドゾーンの範囲に収まらない変換係数に対しては、視覚感度に適応した量子化を行うことができない。すなわち、視覚感度が低いと判定されても、デッドゾーンの範囲に収まらない変換係数に対しては係数符号量を削減することができない。また、量子化ステップサイズを拡大した場合には、量子化後の変換係数値はゼロ付近に集中するが、デッドゾーンを拡大した場合には、デッドゾーンの範囲に収まらない変換係数は量子化してもゼロ付近に集中しなくなる。すなわち、デッドゾーンを拡大した場合には、量子化ステップサイズを拡大した場合と比較して、エントロピー符号化による符号化効率が不十分となる。こうした理由により、一般的な符号化技術には、視覚感度に適応した量子化を行うと、映像符号化装置および映像復号装置における所要メモリサイズが増大するという問題があるといえる。
　本発明は上記の課題に鑑みてなされた発明であって、第１の目的は、符号量増加を抑えつつ量子化ステップサイズを頻繁に変動させることを可能とし、所要メモリサイズ増大を抑えて高画質な動画像符号化を行う映像符号化装置を提供することである。また、本発明の第２の目的は、所要メモリサイズ増大を抑えて高画質な動画像の再生が可能な映像復号装置を提供することである。
　本発明による映像符号化装置は、入力画像データを所定の大きさのブロックに分割し、分割された画像ブロックごとに量子化を適用して、圧縮符号化処理を行う映像符号化装置であって、量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化する量子化ステップサイズ符号化手段と、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング手段とを備え、量子化ステップサイズ符号化手段は、量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測することを特徴とする。
　本発明による映像復号装置は、入力された映像圧縮データに逆量子化を用いて画像ブロックを復号し、該画像ブロックの集合として画像データの生成処理を行う映像復号装置であって、逆量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを復号する量子化ステップサイズ復号手段と、復号済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング手段とを備え、量子化ステップサイズ復号手段は、量子化ステップサイズ代表値を用いて量子化ステップサイズを予測することを特徴とする。
　本発明によれば、映像符号化装置において、量子化ステップサイズを画像フレーム内で頻繁に変動させても、それに付随する発生符号量の増加を抑えることができる。換言すれば、より少ない符号量で量子化ステップサイズの符号化を行える。従って、視覚感度適応量子化による主観画質向上のために所要メモリサイズが増大するという問題が解消される。さらに、本発明によれば、映像復号装置において、少量の符号を受信するだけで、頻繁に変動する量子化ステップサイズを復号することができるので、少ない所要メモリサイズで高画質な動画像の再生を行える。
本発明の第１の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器を示すブロック図である。 符号化対象の画像ブロックと近傍画像ブロックとの位置関係の一例を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器を示すブロック図である。 本発明の第３の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器を示すブロック図である。 ブロック座標の例を示す説明図である。 本発明の第４の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態の映像符号化装置を示すブロック図である。 本発明の第５の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器を示すブロック図である。 量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータの多重化の例を示したリストを示す説明図である。 本発明の第６の実施形態の映像復号装置を示すブロック図である。 本発明の第６の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器を示すブロック図である。 本発明による映像符号化装置及び映像復号装置の機能を実現可能な情報処理システムの構成例を示すブロック図である。 本発明による映像符号化装置における特徴的な構成要素を示すブロック図である。 本発明による映像復号装置における特徴的な構成要素を示すブロック図である。 本発明による映像符号化方法における特徴的なステップを示すフローチャートである。 本発明による映像復号方法における特徴的なステップを示すフローチャートである。 ブロック分割の例を示す説明図である。 映像符号化装置の構成の一例を示すブロック図である。 一般的な映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器を示すブロック図である。 映像復号装置の構成の一例を示すブロック図である。 一般的な映像復号装置における量子化ステップサイズ符号化器を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
実施形態１．
　本発明の第１の実施形態の映像符号化装置は、図１８に示された一般的な映像符号化装置と同様に、周波数変換器１０１と、量子化器１０２と、可変長符号化器１０３と、量子化制御器１０４と、逆量子化器１０５と、逆周波数変換器１０６と、フレームメモリ１０７と、フレーム内予測器１０８と、フレーム間予測器１０９と、予測選択器１１０と、ビットストリームバッファ１１１とを備える。しかし、可変長符号化器１０３に含まれている量子化ステップサイズ符号化器の構成は、図１９に示された構成とは異なる。
　図１は、本発明の第１の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器の構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態における量子化ステップサイズ符号化器は、図１９に示された量子化ステップサイズ符号化器と比較すると、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３を含む点が異なる。
　量子化ステップサイズバッファ１０３１１は、過去に符号化した画像ブロックに対して割り当てた量子化ステップサイズを蓄積し、保持する。
　予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３は、過去に符号化済みの近傍画像ブロックに割り当てられた量子化ステップサイズを量子化ステップサイズバッファから取り出し、予測量子化ステップサイズを生成する。
　入力量子化ステップサイズは、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３から供給される予測量子化ステップサイズを減じられた後、差分量子化ステップサイズとして、エントロピー符号化器１０３１２に入力される。
　エントロピー符号化器１０３１２は、入力された差分量子化ステップサイズをエントロピー符号化し、量子化ステップサイズに対応した符号として出力する。
　このように構成することによって、量子化ステップサイズの符号化に要する符号量を削減することができる。その結果、量子化ステップサイズ変動に伴う所要メモリサイズの増大を抑制できる。その理由は、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３が、符号化順序に依存しない近傍画像ブロックの量子化ステップサイズを用いて予測量子化ステップサイズを生成することにより、エントロピー符号化器１０３１２に入力される差分量子化ステップサイズの絶対量を小さくすることができるからである。また、近傍画像ブロックの量子化ステップサイズを用いて予測量子化ステップサイズを生成するとエントロピー符号化器１０３１２に入力される差分量子化ステップサイズの絶対量を小さくすることができる理由は、動画像には一般に近傍画素間の相関性があるために、視覚感度適応量子化を用いた場合には、相関性の高い近傍画像ブロックに対しては割り当てられる量子化ステップサイズの類似度が高くなるからである。
　上述した第１の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器の具体的な動作を、具体例を用いて以下で説明する。
　本例では、符号化単位となる画像ブロックは固定サイズであるとする。量子化ステップサイズの予測に用いる近傍画像ブロックとして、同一画像フレーム内の左、上、右斜め上にそれぞれ隣接する３つの画像ブロックを用いることにする。
　現在符号化対象の画像ブロックをＸとし、３つの近傍画像ブロックＡ，Ｂ，Ｃがそれぞれ、図２に示すように、画像ブロックＸに対して左、上、右斜め上に隣接する位置にあるとする。任意のブロックＺにおける量子化ステップサイズをQ(Z)、予測量子化ステップサイズをpQ(Z) と表記するとき、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３は、予測量子化ステップサイズpQ(X)を、以下の（３）式により求める。
　pQ(X) = Median(Q(A),Q(B),Q(C))　　　　　　　　　・・・（３）
　ただし、Median(x, y, z) は、x, y, z の３つの値から中間値を求める関数である。
　エントロピー符号化器１０３１２は、以下の（４）式により得られた差分量子化ステップサイズdQ(X)を、エントロピー符号の一つである符号付きExp-Golomb（Exponential-Golomb）符号を用いて符号化し、当該画像ブロックに対する量子化ステップサイズに対応する符号として出力する。
　dQ(X) = Q(X) － pQ(X)　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
　本例では、量子化ステップサイズの予測に利用する近傍画像ブロックとして、同一画像フレーム内の左、上、右斜め上にそれぞれ隣接する３つの画像ブロックを用いた。しかし、近傍画像ブロックはそれに限定されず、例えば、左、上、左斜め上にそれぞれ隣接する画像ブロックを用い、以下の（５）式によって予測量子化ステップサイズを求めてもよい。
　pQ(X) = Median(Q(A), Q(B), Q(D))　　　　　　　　・・・（５）
　なお、予測に用いる画像ブロックは、３つではなく任意の個数であってよく、また、予測に用いる演算として、中間値ではなく例えば平均値などを用いてもよい。さらに、予測に用いる画像ブロックは、必ずしも現符号化対象画像ブロックに隣接している必要はなく、現符号化対象画像ブロックから所定の距離分離れていてもよい。また、さらに、予測に用いる画像ブロックは、空間近傍すなわち同一画像フレーム内の画像ブロックに限定されず、時間近傍すなわち既に符号化された他の画像フレーム内の画像ブロックであってもよいし、他の任意の近傍画像ブロックであってもよい。
　また、本例では、符号化対象画像ブロックと予測に用いる画像ブロックとが同じ固定サイズである場合を仮定した。しかし、本発明は、符号化の単位となる画像ブロックが固定サイズである場合に限定されず、符号化の単位となる画像ブロックが可変サイズであり、符号化対象画像ブロックと予測に用いる画像ブロックとが互いに異なるサイズであってもよい。
　また、本例では、符号化対象画像ブロックの量子化ステップサイズと予測量子化ステップサイズとの差分を符号化する際に、Exp-Golomb符号に基づいて符号化する例を示したが、本発明はExp-Golomb符号の使用に限定されず、他のエントロピー符号に基づいて符号化してもよい。例えば、ハフマン符号や算術符号などに基づく符号化を行ってもよい。
　以上で、本発明の第１の実施形態の映像符号化装置の説明を終了する。
実施形態２．
　本発明の第２の実施形態の映像復号装置は、図２０に示された一般的な映像復号装置と同様に、可変長復号器２０１と、逆量子化器２０２と、逆周波数変換器２０３と、フレームメモリ２０４と、フレーム内予測器２０５と、フレーム間予測器２０６と、予測選択器２０７と、ビットストリームバッファ２０８とを備える。しかし、可変長復号器２０１に含まれている量子化ステップサイズ復号器の構成は、図２１に示された構成とは異なる。
　図３は、本発明の第２の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器の構成を示すブロック図である。図３に示すように、本実施形態における量子化ステップサイズ復号器は、図２１に示された量子化ステップサイズ復号器と比較すると、予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３を含む点が異なる。
　エントロピー復号器２０１１１は、入力された符号をエントロピー復号し、差分量子化ステップサイズを出力する。
　量子化ステップサイズバッファ２０１１２は、過去に復号した量子化ステップサイズを蓄積し、保持する。
　予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３は、過去に復号済みの量子化ステップサイズのうち、現在の復号対象画像ブロックの近傍画素ブロックに対応する量子化ステップサイズを量子化ステップサイズバッファから取り出し、予測量子化ステップサイズを生成する。具体的には、例えば、第１の実施形態の映像符号化装置の具体例における予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３と同じ動作を行う。
　エントロピー復号器２０１１１により生成された差分量子化ステップサイズは、予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３から供給される予測量子化ステップサイズを加算された後、量子化ステップサイズとして出力されるとともに、量子化ステップサイズバッファ２０１１２に入力される。
　このように量子化ステップサイズ復号器を構成することによって、映像復号装置は、より少ない符号量を受信するだけで量子化ステップサイズを復号できる。その結果、量子化ステップサイズ変動に伴う所要メモリサイズの増大を抑制できる。その理由は、予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３が、復号順序に依存しない近傍画像ブロックの量子化ステップサイズを用いて予測量子化ステップサイズを生成することによって、予測量子化ステップサイズは実際に割り当てられる量子化ステップサイズに近くなるので、エントロピー復号器２０１１１はゼロに近い差分量子化ステップサイズを復号すればよいからである。近傍画像ブロックの量子化ステップサイズを用いて予測量子化ステップサイズを生成することによって実際に割り当てられる量子化ステップサイズに近い予測量子化ステップサイズが得られる理由は、動画像には一般に近傍画素間の相関性があり、視覚感度適応量子化を用いた場合には、相関性の高い近傍画像ブロックに対しては割り当てられる量子化ステップサイズの類似度が高くなるからである。
　以上で、本発明の第２の実施形態の映像復号装置の説明を終了する。
実施形態３．
　本発明の第３の実施形態の映像符号化装置は、本発明の第１の実施形態の映像符号化装置と同様に、図１８に示されるように、周波数変換器１０１と、量子化器１０２と、可変長符号化器１０３と、量子化制御器１０４と、逆量子化器１０５と、逆周波数変換器１０６と、フレームメモリ１０７と、フレーム内予測器１０８と、フレーム間予測器１０９と、予測選択器１１０と、ビットストリームバッファ１１１とを備える。しかし、可変長符号化器１０３における量子化ステップサイズ符号化器の構成は、図１９及び図１に示された構成とは異なる。
　図４は、本発明の第３の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器の構成を示すブロック図である。図４に示すように、本実施形態における量子化ステップサイズ符号化器の構成は、図１に示された第１の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器と比較すると、量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４および量子化ステップサイズアップサンプリング器１０３１５を含む点が異なる。
　予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３及びエントロピー符号化器１０３１２の動作は、第１の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器の動作と同じであるため、ここでは説明を省略する。
　量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４は、符号化済みの画像ブロックに対して割り当てた量子化ステップサイズを所定の方法に基づいてダウンサンプリングして、量子化ステップサイズバッファ１０３１１に供給する。
　量子化ステップサイズバッファ１０３１１は、量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４より供給される、ダウンサンプリングされた過去の符号化済み画像ブロックに対する量子化ステップサイズを蓄積し、保持する。
　量子化ステップサイズアップサンプリング器１０３１５は、量子化ステップサイズバッファ１０３１１から、ダウンサンプリングされた過去の符号化済み画像ブロックに対する量子化ステップサイズを取り出し、所定の方法に基づいてアップサンプリングして、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３に供給する。
　このように構成することによって、本実施形態の映像符号化装置は、第１の実施形態の映像符号化装置と比較すると、量子化ステップサイズバッファの所要容量を削減できる。その結果、映像符号化装置において、量子化ステップサイズを変動させるための所要メモリサイズの増大をさらに抑制できる。
　上述した第３の実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器の具体的な動作を、具体例を用いて以下で説明する。
　本例では、符号化単位となる画像ブロックは固定サイズであるとし、それぞれの画像ブロックは図５に示されるようにフレーム上の左上端のブロックを原点とする２次元ブロック座標によって表されるとする。また、量子化ステップサイズの予測に用いる近傍画像ブロックとして、同一画像フレーム内の左、上、右斜め上にそれぞれ隣接する３つの画像ブロックを用いることにする。
　現在符号化対象の画像ブロックをＸ、ブロックＸのブロック座標を(x(X), y(X))とし、図２に示すように、左に隣接しブロック座標(x(X)-１, y(X))に位置するブロックをA、上に隣接しブロック座標 (x(X), y(X)-１)に位置するブロックをB、右斜め上に隣接しブロック座標 (x(X)+１, y(X)-１)に位置するブロックをCとする。任意のブロックＺにおける符号化済み量子化ステップサイズをQ(Z), 予測量子化ステップサイズをpQ(Z)と表記するとき、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３は、ブロックＸの予測量子化ステップサイズpQ(X)を、以下の（６）式により求める。
　pQ(X) = Median(Qds(A), Qds(B), Qds(C))  　　　　　　　　・・・（６）
　ただし、Median(x, y, z)　は、x, y, z　の３つの値から中間値を求める関数である。また、Qds(Z)は、ブロックＺにおける量子化ステップサイズ代表値を表す。Ｚのブロック座標を(x(Z), y(Z))、ブロック座標(v, w)に位置するブロックをBlk(v, w) と表すとき、Qds(Z)は、以下の（７）式により求められる。
　Qds(Z) = Q( Blk( N*(x(Z)//N), N*(y(Z)//N) )) 　　　　　　　　・・・（７）
　ただし、Ｎはダウンサンプリングの倍率を表す数値である。例えば、Ｎ＝４ならば水平方向１／４、垂直方向１／４のダウンサンプリングを行うことを意味する。また、（ａ*ｂ）はａとｂの乗算、（ａ／／ｂ）は整数ａのｂによる除算（小数点以下切り捨て）を表す。
　以上の（６）式および（７）式で規定される動作に従うと、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３は、量子化ステップサイズバッファ１０３１１より量子化ステップサイズアップサンプリング器１０３１５を通じて供給される量子化ステップサイズを参照するにあたって、水平方向Ｎ個×垂直方向Ｎ個の計Ｎ２個のブロックごとに、代表値として最も左上の１個の量子化ステップサイズしか参照しない。従って、量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４は、それ以外の量子化ステップサイズを量子化ステップサイズバッファ１０３１１に供給しないよう動作する。その結果、量子化ステップサイズバッファ１０３１１の所要メモリ容量を１／N２に削減できる。
　得られた予測量子化ステップサイズは、エントロピー符号化器１０３１２によって符号化され、出力される。エントロピー符号化器１０３１２の動作は、第１の実施形態の映像符号化装置における具体的な動作例と同じである。
　以上、本例では、量子化ステップサイズの予測に利用する近傍画像ブロックとして、同一画像フレーム内の左、上、右斜め上にそれぞれ隣接する３つの画像ブロックを用いた。しかし、近傍画像ブロックはそれに限定されず、例えば、左、上、左斜め上にそれぞれ隣接する画像ブロックを用い、（６）式の代わりに、以下の（８）式によって予測量子化ステップサイズを求めてもよい。
　pQ(X) = Median(Qds(A), Qds(B), Qds(D)) 　　　　　　　　・・・（８）
　ただし、ＤはブロックＸに対して左斜め上に隣接しブロック座標 (x(X)-１, y(X)-１)に位置するブロックである。
　また、予測に用いる画像ブロックは、３つではなく任意の個数であってよく、また、予測に用いる演算として、中間値ではなく例えば平均値などを用いてもよい。さらに、予測に用いる画像ブロックは、必ずしも現符号化対象画像ブロックに隣接している必要はなく、現符号化対象画像ブロックから所定の距離分離れていてもよい。また、さらに、予測に用いる画像ブロックは、空間近傍すなわち同一画像フレーム内の画像ブロックに限定されず、時間近傍すなわち既に符号化された他の画像フレーム内の画像ブロックであってもよいし、他の任意の近傍画像ブロックであってもよい。
　また、本例では、符号化対象画像ブロックと予測に用いる画像ブロックとが同じ固定サイズである場合を仮定した。しかし、本発明は、符号化の単位となる画像ブロックが固定サイズである場合に限定されず、符号化の単位となる画像ブロックが可変サイズであり、符号化対象画像ブロックと予測に用いる画像ブロックとが互いに異なるサイズであってもよい。
　また、本例では、水平方向Ｎ個×垂直方向Ｎ個の計Ｎ２個のブロックごとに、最も左上の１個の量子化ステップサイズを選択して量子化ステップサイズ代表値としたが、本発明はそれに限定されず、任意のサンプリング位置から１個の量子化ステップサイズを選択してもよい。あるいは、任意のサンプリング位置から複数の量子化ステップサイズを選択し、その平均値を量子化ステップサイズ代表値としてもよい。たとえば、（７）式の代わりに、以下の（９）式によって量子化ステップサイズ代表値を求めてもよいし、さらには中間値演算など、平均値演算以外の任意の演算を用いてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　また、本例では、水平方向のダウンサンプリングと垂直方向のダウンサンプリングを同じ倍率で行ったが、水平方向と垂直方向で異なる倍率を用いてもよい。あるいは、水平方向と垂直方向のいずれか一方向のみダウンサンプリングを行うようにしてもよい。さらには、他の任意の方法によりダウンサンプリングを行うようにしてもよい。
　以上で、本発明の第３の実施形態の映像符号化装置の説明を終了する。
実施形態４．
　本発明の第４の実施形態の映像復号装置は、本発明の第２の実施形態の映像復号装置と同様に、図２０に示されるように、可変長復号器２０１と、逆量子化器２０２と、逆周波数変換器２０３と、フレームメモリ２０４と、フレーム内予測器２０５と、フレーム間予測器２０６と、予測選択器２０７と、ビットストリームバッファ２０８とを備える。しかし、可変長復号器２０１に含まれている量子化ステップサイズ復号器の構成は、図２１及び図３に示された構成とは異なる。
　図６は、本発明の第４の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器の構成を示すブロック図である。図６に示されるように、本実施形態の映像符号化装置の可変長復号器２０１において量子化ステップサイズの復号を行う量子化ステップサイズ復号器は、図３に示した第２の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器と比較すると、量子化ステップサイズダウンサンプリング器２０１１４および量子化ステップサイズアップサンプリング器２０１１５を含む点が異なる。
　予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３およびエントロピー復号器２０１１１の動作は、第２の実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器の動作と同じであるため、ここでは説明を省略する。
　量子化ステップサイズダウンサンプリング器２０１１４は、過去に復号済みの量子化ステップサイズを所定の方法に基づいてダウンサンプリングして、量子化ステップサイズバッファ２０１１２に供給する。
　量子化ステップサイズバッファ２０１１２は、量子化ステップサイズダウンサンプリング器２０１１４より供給される、ダウンサンプリングされた過去の復号済み量子化ステップサイズを蓄積し、保持する。
　量子化ステップサイズアップサンプリング器２０１１５は、量子化ステップサイズバッファ２０１１２から、ダウンサンプリングされた過去の復号済み量子化ステップサイズを取り出し、所定の方法に基づいてアップサンプリングして、予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３に供給する。
　予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３は、ブロックＸの予測量子化ステップサイズpQ(X)を、上記の（６）式または（８）式により求める。
　このように構成することによって、本実施形態の映像復号装置は、第２の実施形態の映像符号化装置と比較すると、量子化ステップサイズバッファの所要容量を削減できる。その結果、映像符号化装置において、量子化ステップサイズを変動させるための所要メモリサイズの増大をさらに抑制できる。
実施形態５．
　図７は、本発明の第５の実施形態の映像符号化装置の構成を示すブロック図である。また、図８は、本実施形態の映像符号化装置における量子化ステップサイズ符号化器の構成を示すブロック図である。
　図７に示されるように、本実施形態の映像符号化装置は、第３の実施形態の映像符号化装置（図１８参照）と比較すると、量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器１１２および多重化器１１３を含む点が異なる。さらに、図８に示されるように、本実施形態の映像符号化装置の可変長符号化器１０３において量子化ステップサイズの符号化を行う量子化ステップサイズ符号化器は、図４に示された量子化ステップサイズ符号化器と比較すると、量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４及び量子化ステップサイズアップサンプリング器１０３１５に対して、図７に示される量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器１１２から量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータが供給される点が、第３の実施形態とは異なる。
　量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器１１２は、量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４におけるダウンサンプリング動作及び量子化ステップサイズアップサンプリング器１０３１５におけるアップサンプリング動作を規定する制御情報を、可変長符号化器１０３及び多重化器１１３に供給する。量子化ステップサイズのダウンサンプリング動作及びアップサンプリング動作を規定する制御情報を、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータと呼ぶ。量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータは、ダウンサンプリングの粒度を表す数Ｎの値を含む。
　多重化器１１３は、可変長符号化器１０３より供給される映像ビットストリームに、上記量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータを多重化して、ビットストリームとして出力する。
　量子化ステップサイズダウンサンプリング器１０３１４は、符号化済みの画像ブロックに対して割り当てた量子化ステップサイズを、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータによって規定される方法に基づいてダウンサンプリングして、量子化ステップサイズバッファ１０３１１に供給する。
　量子化ステップサイズアップサンプリング器１０３１５は、量子化ステップサイズバッファ１０３１１から、ダウンサンプリングされた過去の符号化済み画像ブロックに対する量子化ステップサイズを取り出し、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータによって規定される方法に基づいてアップサンプリングして、予測量子化ステップサイズ生成器１０３１３に供給する。
　このように構成することによって、本実施形態の映像符号化装置は、第１の実施形態の映像符号化装置と比較すると、量子化ステップサイズバッファの所要容量を削減できる。また、本実施形態の映像符号化装置は、第３の実施形態の映像符号化装置と比較すると、符号化対象量子化ステップサイズと予測に用いる量子化ステップサイズとの相関性の低下を抑えるよう、ダウンサンプリングの粒度を制御できる。よって、量子化ステップサイズの符号化に要する符号量を削減することができる。すなわち、本実施形態の映像符号化装置は、第１及び第３の実施形態の映像符号化装置と比較すると、量子化ステップサイズバッファの所要容量の削減量と、量子化ステップサイズの符号化に要する符号量の削減量との間のバランスを最適化できる。その結果、量子化ステップサイズ変動に伴う所要メモリサイズの増大を抑制できる。
　上述した第５の実施形態の映像符号化装置の具体的な動作を、具体例を用いて以下で説明する。
　本例では、量子化ステップサイズ符号化器は、第３の実施形態の映像符号化装置の具体的な動作の例と同様の動作を行う。ただし、上述した（７）式または（９）式におけるダウンサンプリングの粒度を表す数Ｎは、量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器１１２より供給される。
　多重化器１１３は、上述したＮの値を、例えば、temporal_qp_buffer_decimation_depth = log２Nとするとき、非特許文献１の”Specification of syntax functions, categories, and descriptors”の記述に準じ、図９に示すリストに例示されるように、ヘッダ情報の一部としてビットストリームに多重化する。
　なお、本実施例では、ダウンサンプリングの粒度を表す数Ｎの値を量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータとして用いたが、本発明はそれに限定されず、他の任意のパラメータを量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータとして用いてもよい。例えば、水平方向Ｎ個×垂直方向Ｎ個の計Ｎ２個のブロックごとにいずれか一つの量子化ステップサイズを量子化ステップサイズ代表値として選択する際のサンプリング位置を量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータとして用いてもよいし、あるいは、複数の量子化ステップサイズを用いて量子化ステップサイズ代表値を生成する際の演算の種類を表す情報を量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータとして用いてもよい。
実施形態６．
　図１０は、本発明の第６の実施形態の映像復号装置の構成を示すブロック図である。また、図１１は、本実施形態の映像復号装置における量子化ステップサイズ復号器の構成を示すブロック図である。図１０に示されるように、本実施形態の映像復号装置は、第４の実施形態の映像復号装置（図２０参照）と比較すると、多重化解除器２０９および量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器２１０を含む点が異なる。さらに、図１１に示されるように、本実施形態の映像復号装置の可変長復号器２０１において量子化ステップサイズの復号を行う量子化ステップサイズ復号器は、図６に示された量子化ステップサイズ復号器と比較すると、量子化ステップサイズダウンサンプリング器２０１１４及び量子化ステップサイズアップサンプリング器２０１１５に対して、図１０に示される量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器２１０から量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータが供給される点が、第４の実施形態とは異なる。
　多重化解除器２０９は、ビットストリームバッファ２０８より供給される映像ビットストリームの多重化を解除して、映像ビットストリームと、量子化ステップサイズダウンサンプリング器２０１１４におけるダウンサンプリング動作及び量子化ステップサイズアップサンプリング器２０１１５におけるアップサンプリング動作を規定する制御情報とを抽出する。量子化ステップサイズのダウンサンプリング動作及びアップサンプリング動作を規定する制御情報を、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータと呼ぶ。上述したように、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータは、ダウンサンプリングの粒度を表す数Ｎの値を含む。
　量子化ステップサイズダウンサンプリング器２０１１４は、過去に復号済みの量子化ステップサイズを、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータによって規定される方法に基づいてダウンサンプリングして、量子化ステップサイズバッファ２０１１２に供給する。
　量子化ステップサイズアップサンプリング器２０１１５は、量子化ステップサイズバッファ２０１１２から、ダウンサンプリングされた過去の復号済み画像ブロックに対する量子化ステップサイズを取り出し、量子化ステップサイズダウンサンプリングパラメータによって規定される方法に基づいてアップサンプリングして、予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３に供給する。
　予測量子化ステップサイズ生成器２０１１３は、ブロックＸの予測量子化ステップサイズpQ(X)を、上記の（６）式または（８）式により求める。
　このように構成することによって、本実施形態の映像復号装置は、第２の実施形態の映像復号装置と比較すると、量子化ステップサイズバッファの所要容量を削減できる。また、本実施形態の映像復号装置は、第４の実施形態の映像復号装置と比較すると、復号対象量子化ステップサイズと予測に用いる量子化ステップサイズとの相関性の低下を抑える制御のもとでダウンサンプリングを行うことができる。よって、さらに少ない符号量を受信するだけで量子化ステップサイズを復号できる。すなわち、本実施形態の映像復号装置は、第２及び第４の実施形態の映像復号装置と比較すると、量子化ステップサイズバッファの所要容量の削減量と、量子化ステップサイズの復号に伴う受信符号量の削減量との間のバランスを最適化できる。その結果、量子化ステップサイズ変動に伴う所要メモリサイズの増大を抑制できる。
　また、上記の各実施形態を、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。
　図１２に示す情報処理システムは、プロセッサ１００１、プログラムメモリ１００２、映像データを格納するための記憶媒体１００３及びビットストリームを格納するための記憶媒体１００４を備える。記憶媒体１００３と記憶媒体１００４とは、別個の記憶媒体であってもよいし、同一の記憶媒体からなる記憶領域であってもよい。記憶媒体として、ハードディスク等の磁気記憶媒体を用いることができる。
　図１２に示された情報処理システムにおいて、プログラムメモリ１００２には、図１８、図２０、図７、図１０のそれぞれに示された各ブロック（図１、図３、図４、図６、図８、図１１に示された各ブロックを含む。また、バッファのブロックを除く）の機能を実現するためのプログラムが格納される。そして、プロセッサ１００１は、プログラムメモリ１００２に格納されているプログラムに従って処理を実行することによって、図１８、図２０、図７、図１０および図１、図３、図４、図６、図８、図１１のそれぞれに示された映像符号化装置又は映像復号装置の機能を実現する。
　図１３は、本発明による映像符号化装置における特徴的な構成要素を示すブロック図である。図１３に示すように、本発明による映像符号化装置は、量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化する量子化ステップサイズ符号化部１１と、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング部１２とを備え、量子化ステップサイズ符号化部１１は、量子化ステップサイズ代表値を用いて量子化ステップサイズを予測するように構成される。
　映像符号化装置は、さらに、所定の動作パラメータに基づいて量子化ステップサイズダウンサンプリング部１２の動作を制御する量子化ステップサイズダウンサンプリング制御部１３と、圧縮符号化された映像ビットストリームと量子化ステップサイズダウンサンプリング部１２の動作パラメータの少なくとも一部とを多重化する多重化部１４とを備えていてもよい。
　図１４は、本発明による映像復号装置における特徴的な構成要素を示すブロック図である。図１４に示すように、本発明による映像復号装置は、逆量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを復号する量子化ステップサイズ復号部２１と、復号済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング部２２とを備え、量子化ステップサイズ復号部２１は、量子化ステップサイズ代表値を用いて量子化ステップサイズを予測するように構成される。
　映像復号装置は、さらに、所定の動作パラメータに基づいて量子化ステップサイズダウンサンプリング部２２の動作を制御する量子化ステップサイズダウンサンプリング制御部２３と、量子化ステップサイズダウンサンプリング部１２の動作パラメータの少なくとも一部を含むビットストリームの多重化を解除する多重化解除部２４とを備えていてもよい。
　図１５は、本発明による映像符号化方法における特徴的なステップを示すフローチャートである。図１５に示すように、映像符号化方法は、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリング処理を行って量子化ステップサイズ代表値を生成するステップＳ１１と、量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化するときに量子化ステップサイズ代表値を用いて量子化ステップサイズを予測するステップＳ１２とを含む。
　図１６は、本発明による映像復号方法における特徴的なステップを示すフローチャートである。図１６に示すように、映像復号方法は、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリング処理を行って量子化ステップサイズ代表値を生成するステップＳ２１と、量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを復号するときに量子化ステップサイズ代表値を用いて量子化ステップサイズを予測するステップＳ２２とを含む。
　上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載されうるが、本発明の構成は以下の構成に限定されない。
（付記１）入力画像データを所定の大きさのブロックに分割し、分割された画像ブロックごとに量子化を適用して、圧縮符号化処理を行う映像符号化方法であって、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリング処理を行って量子化ステップサイズ代表値を生成し、前記量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化するときに、前記量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測することを特徴とする映像符号化方法。
（付記２）付記１の映像符号化方法であって、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくともフレーム内の符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる映像符号化方法。
（付記３）付記１の映像符号化方法であって、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくとも異なるフレームにおける符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる映像符号化方法。
（付記４）付記１から付記３のいずれかの映像符号化方法であって、所定の動作パラメータに基づいて前記ダウンサンプリング処理の動作制御を行い、圧縮符号化された映像ビットストリームと前記ダウンサンプリング処理の動作パラメータの少なくとも一部とを多重化する映像符号化方法。
（付記５）付記４の映像符号化方法であって、動作パラメータは、少なくともダウンサンプリングの倍率を含む映像符号化方法。
（付記６）入力された映像圧縮データに逆量子化を用いて画像ブロックを復号し、該画像ブロックの集合として画像データの生成処理を行う映像復号方法であって、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリング処理を行って量子化ステップサイズ代表値を生成し、前記量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを復号するときに、前記量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測することを特徴とする映像復号方法。
（付記７）付記６の映像復号方法であって、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくともフレーム内の符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる映像復号方法。
（付記８）付記６の映像復号方法であって、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくとも異なるフレームにおける符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる映像復号方法。
（付記９）付記６から付記８のいずれかの映像復号方法であって、動作パラメータの少なくとも一部を含むビットストリームの多重化を解除し、前記動作パラメータに基づいて前記ダウンサンプリング処理の動作制御を行う映像復号方法。
（付記１０）付記９の映像復号方法であって、動作パラメータは、少なくともダウンサンプリングの倍率を含む映像復号方法。
（付記１１）入力画像データを所定の大きさのブロックに分割し、分割された画像ブロックごとに量子化を適用して、圧縮符号化処理を行う映像符号化装置における映像符号化プログラムであって、コンピュータに、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリング処理を行って量子化ステップサイズ代表値を生成する処理と、前記量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化するときに、前記量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する処理とを実行させるための映像符号化プログラム。
（付記１２）付記１１の映像符号化プログラムであって、コンピュータに、少なくともフレーム内の符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する処理を実行させるための映像符号化プログラム。
（付記１３）付記１１の映像符号化プログラムであって、コンピュータに、少なくとも異なるフレームにおける符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する処理を実行させるための映像符号化プログラム。
（付記１４）付記１１から付記１３のいずれかの映像符号化プログラムであって、コンピュータに、所定の動作パラメータに基づいて前記ダウンサンプリング処理を行わせ、圧縮符号化された映像ビットストリームと前記ダウンサンプリング処理の動作パラメータの少なくとも一部とを多重化する処理を実行させるための映像符号化プログラム。
（付記１５）付記１４の映像符号化プログラムであって、コンピュータに、動作パラメータとして、少なくともダウンサンプリングの倍率を使用して前記ダウンサンプリング処理を行わせるための映像符号化プログラム。
（付記１６）入力された映像圧縮データに逆量子化を用いて画像ブロックを復号し、該画像ブロックの集合として画像データの生成処理を行う映像復号装置における映像復号プログラムであって、コンピュータに、符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリング処理を行って量子化ステップサイズ代表値を生成する処理と、前記量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを復号するときに、前記量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する処理とを実行させるための映像復号プログラム。
（付記１７）付記１６の映像復号プログラムであって、コンピュータに、少なくともフレーム内の符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する処理を実行させるための映像復号プログラム。
（付記１８）付記１６の映像復号プログラムであって、コンピュータに、少なくとも異なるフレームにおける符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する処理を実行させるための映像復号プログラム。
（付記１９）付記１６から付記１８のいずれかの映像復号プログラムであって、コンピュータに、動作パラメータの少なくとも一部を含むビットストリームの多重化を解除する処理を実行させ、前記動作パラメータに基づいて前記ダウンサンプリング処理を行わせるための映像復号プログラム。
（付記２０）付記１９の映像復号プログラムであって、コンピュータに、動作パラメータとして、少なくともダウンサンプリングの倍率を使用して前記ダウンサンプリング処理を行わせるための映像復号プログラム。
　以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
　この出願は、２０１１年６月２８日に出願された日本特許出願２０１１－１４３２４９を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
　１１　　　　　量子化ステップサイズ符号化部
　１２　　　　　量子化ステップサイズダウンサンプリング部
　１３　　　　　量子化ステップサイズダウンサンプリング制御部
　１４　　　　　多重化部
　２１　　　　　量子化ステップサイズ復号部
　２２　　　　　量子化ステップサイズダウンサンプリング部
　２３　　　　　量子化ステップサイズダウンサンプリング制御部
　２４　　　　　多重化解除部
　１０１　　　　周波数変換器
　１０２　　　　量子化器
　１０３　　　　可変長符号化器
　１０４　　　　量子化制御器
　１０５　　　　逆量子化器
　１０６　　　　逆周波数変換器
　１０７　　　　フレームメモリ
　１０８　　　　フレーム内予測器
　１０９　　　　フレーム間予測器
　１１０　　　　予測選択器
　１１１　　　　ビットストリームバッファ
　１１２　　　　量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器
　１１３　　　　多重化器
　２０１　　　　可変長復号器
　２０２　　　　逆量子化器
　２０３　　　　逆周波数変換器
　２０４　　　　フレームメモリ
　２０５　　　　フレーム内予測器
　２０６　　　　フレーム間予測器
　２０７　　　　予測選択器
　２０８　　　　ビットストリームバッファ
　２０９　　　　多重化解除器
　２１０　　　　量子化ステップサイズダウンサンプリング制御器
　１００１　　　プロセッサ
　１００２　　　プログラムメモリ
　１００３　　　記憶媒体
　１００４　　　記憶媒体
　１０３１１　　量子化ステップサイズバッファ
　１０３１２　　エントロピー符号化器
　１０３１３　　予測量子化ステップサイズ生成器
　１０３１４　　量子化ステップサイズダウンサンプリング器
　１０３１５　　量子化ステップサイズアップサンプリング器
　２０１１１　　エントロピー復号器
　２０１１２　　量子化ステップサイズバッファ
　２０１１３　　予測量子化ステップサイズ生成器
　２０１１４　　量子化ステップサイズダウンサンプリング器
　２０１１５　　量子化ステップサイズアップサンプリング器

Claims (10)

  1. 　入力画像データを所定の大きさのブロックに分割し、分割された画像ブロックごとに量子化を適用して、圧縮符号化処理を行う映像符号化装置であって、
    　前記量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを符号化する量子化ステップサイズ符号化手段と、
    　符号化済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング手段とを備え、
    　前記量子化ステップサイズ符号化手段は、前記量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する
    　ことを特徴とする映像符号化装置。
  2. 　前記量子化ステップサイズ符号化手段は、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくともフレーム内の符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる
    　請求項１に記載の映像符号化装置。
  3. 　前記量子化ステップサイズ符号化手段は、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくとも異なるフレームにおける符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる
    　請求項１に記載の映像符号化装置。
  4. 　所定の動作パラメータに基づいて前記量子化ステップサイズダウンサンプリング手段の動作を制御する量子化ステップサイズダウンサンプリング制御手段と、
    　圧縮符号化された映像ビットストリームと前記量子化ステップサイズダウンサンプリング手段の動作パラメータの少なくとも一部とを多重化する多重化手段とを有する
    　請求項１から請求項３のいずれかに記載の映像符号化装置。
  5. 　前記動作パラメータは、少なくともダウンサンプリングの倍率を含む
    　請求項４に記載の映像符号化装置。
  6. 　入力された映像圧縮データに逆量子化を用いて画像ブロックを復号し、該画像ブロックの集合として画像データの生成処理を行う映像復号装置であって、
    　前記逆量子化の粒度を制御する量子化ステップサイズを復号する量子化ステップサイズ復号手段と、
    　復号済みの一つまたは複数の量子化ステップサイズに対してダウンサンプリングを行って量子化ステップサイズ代表値を生成する量子化ステップサイズダウンサンプリング手段とを備え、
    　前記量子化ステップサイズ復号手段は、前記量子化ステップサイズ代表値を用いて該量子化ステップサイズを予測する
    　ことを特徴とする映像復号装置。
  7. 　前記量子化ステップサイズ復号手段は、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくともフレーム内の符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる
    請求項６に記載の映像復号装置。
  8. 　前記量子化ステップサイズ復号手段は、前記量子化ステップサイズ代表値として、少なくとも異なるフレームにおける符号化済み量子化ステップサイズより生成された量子化ステップサイズ代表値を用いる
    　請求項６に記載の映像復号装置。
  9. 　所定の動作パラメータに基づいて前記量子化ステップサイズダウンサンプリング手段の動作を制御する量子化ステップサイズダウンサンプリング制御手段と、
    　前記量子化ステップサイズダウンサンプリング手段の動作パラメータの少なくとも一部を含むビットストリームの多重化を解除する多重化解除手段とを有する
    　請求項６から請求項８のいずれかに記載の映像復号装置。
  10. 　前記動作パラメータは、少なくともダウンサンプリングの倍率を含む
    　請求項９に記載の映像復号装置。
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