JPH10511532A - ビデオ画像符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 異なった符号化方法を画像の異なった領域に用いるビデオ画像を符号化する方法を開示する。前記画像をブロックに分割し、各々のブロックに対してレート−歪みの観点から最適な符号化方法を選択する。ある実施例において、ＤＣＴまたはＬＯＴのような変換符号化（３）をすべてのブロックに用いる。ブロックサイズを、レート−歪み規準に従って選択する。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ画像符号化方法発明の分野 本発明は、ビデオ画像をブロックに分割するステップと、前記ブロックの各々 に対して複数の異なった符号化方法から１つを選択するステップと、前記選択さ れた符号化方法を使用して前記ブロックを符号化し、各々のブロックに対する符 号化データを得るステップとを具える、ビデオ画像符号化方法に関係する。本発 明は、前記符号化方法を実行する装置にも関係する。発明の背景 序章において記述したようなビデオ画像符号化方法は、欧州特許出願公開明細 書第０２２０７０６号において開示されている。この既知の方法において、変換 符号化を各々のブロックに用い、ブロックサイズを輝度変化に応じて可変にする 。前記ブロックをより小さいブロックに再分割し、各々のブロック内部の平均歪 みが許容しうる値を越えないようにする。発明の目的および要約 本発明の目的は、前記ビデオ画像符号化方法をさらに改善することである。 この目的のために、本発明による方法は、前記符号化方法を選択するステップ が、レート−歪みの観点から最適である符号化方法の決定を含むことを特徴とす る。レートと歪みとの間の最適な妥協が、それによって達成される。 前記方法の実施例において、前記複数の異なった符号化方法を、等しいサイズ の画素ブロックに用いる。前記異なった符号化方法の例は、変換符号化およびフ ラクタル符号化である。他の実施例において、前記符号化方法を全画素変換とし 、異なったブロックサイズの画素ブロックに用いる。変換符号化において使用す る変換を、すべて技術的に既知の、離散コサイン変換（ＤＣＴ）、アダマール変 換、重ね合わせ直交変換（ＬＯＴ）、特に、改良ＬＯＴ（ＭＬＯＴ）とする。 前記方法の好適実施例において、符号化すべき前記画像の統計を正規分布とし 、変換係数を無相関とする。この実施例において、最適な変換形式の基礎となる レ ートおよび歪みを、簡単に計算することができる。図面の簡単な説明 図１は、本発明による方法を使用するビデオ符号化および伝送局の図を示す。 図２は、異なった符号化方法に関係するレート−歪み曲線の例を示す。 図３は、図１に示す分割回路によって行われるステップのフローチャートを示 す。 図４は、画像の異なった領域に用いられる異なった符号化方法を示す画像の分 割マップを示す。好適実施例の説明 図１は、本発明による方法を用いるビデオ符号化および伝送局の図である。こ の装置は、ビデオ入力信号Ｘ_inを受ける。最適減算回路１において、予測ビデオ 信号Ｖ_predをそこから減じる。このように、エンコーダは、フレーム内モードま たは（あるいは動き補償された）フレーム外モードにおいて動作することができ る。符号化すべき画像を、分割回路２および変換回路３に用いる。前記分割回路 は、例えば、前解析段階において、所定のブロックに対してどの変換がレート− 歪みの観点において最適であるかを決定する。前記回路は、さらに、同じ変換に 属する隣接するブロックを合併し、同じ変換による領域を形成する。このように 形成された“分割マップ”を、伝送または格納するために、符号化回路４によっ て符号化する。 前記分割マップを、実際の符号化段階中にどの変換を実行すべきかを示すため に、さらに変換回路３に用いる。変換回路３から得られた変換係数を、量子化器 およびエントロピ符号化器５によって、量子化および無損失符号化する。量子化 およびエントロピ符号化は、技術において既知である。例えば、ＭＰＥＧ２のよ うな符号化を使用することができる。各々の変換ブロックに対する係数を、ジク ザグに走査する。ＤＣ係数を、一定のステップ幅を使用して量子化し、微分的に 符号化する。ＡＣ係数を、適応的に量子化し、ハフマン符号化およびランレング ス符号化の組み合わせを使用してエントロピ符号化する。ブロックの終端コード を、ブロックの最後のゼロでないＡＣ係数の後に伝送する。このように得られた 符号化データを、前記符号化分割マップと共に、マルチプレクサ６によって多重 化し、デコーダに伝送するか、格納媒体（図示せず）に格納する。 分割回路２は、レート−歪みの観点において最適な符号化方法を決定する。所 定の符号化方法のレート−歪み曲線は、符号化パラメータｔ、例えば、変換符号 化器の量子化ステップ幅の異なった値に対するレート−歪み対（Ｒ，Ｄ）の集合 である。図２は、第１符号化方法Ｔ１に関係するレート−歪み曲線２０１と、第 ２符号化方法Ｔ２に関係するレート−歪み曲線２０２とを示す。以下の実施例に おいて、変換符号化を、等しくないサイズの画素ブロックに用いる。分割回路２ は、最適なブロックサイズを決定する。本実施例において、２つの仮定を行い、 分割処理を高速化する。すなわち、符号化すべき画像の統計を正規分布とし、変 換係数を統計的に独立とする。これらの仮定の下で、以下のことを行う（１９７ １年、ニュージャージー州エングルウッドクリフスのプレンティスホール社のト ビー・バーガー：レート、歪み理論、データ圧縮の数学的基礎を参照されたい） 。すなわち、 １． 処理される各々の画素ブロックにたいして、レートＲ_k（ｔ）および歪み Ｄ_k（ｔ）を、 とし、ここで、ｃ_i,kを変換ブロックｋのｉ番目の係数とし、ｔを符号化パラメ ータ、例えば、量子化器ステップ幅とする。 ２． 前記レート−歪み曲線の勾配ｓを、 とする。 図３は、分割回路２によって行われるステップのフローチャートである。ステ ップ２１において、前記回路は、グローバルレートＲ(t)が所望のレートＲ_retに 等しくなる、すなわち、 となるように、ｔの動作値を計算する。ｔの値を、例えば、二分法を使用して求 める。表１は、疑似プログラミング言語におけるこのような二分法の一例を示す 。もちろん、傾斜法のようなより効率的なアルゴリズムを使用することもできる 。 ステップ２２において、前記回路は、各々の画素ブロックｋに所定の変換を用 い、変換係数ｃ_i,kを得て、ステップ２１において求めた値ｔを使用して、式（ １）および（２）に従って、前記ブロックに対するレートＲ_k（ｔ）および歪み Ｄ_k（ｔ）を計算する。ステップ２２を、異なったブロックサイズに対して繰り 返す。本例において、４つの異なった変換、すなわち、２＊２変換Ｔ１、４＊４ 変換Ｔ２、８＊８変換Ｔ３および１６＊１６変換Ｔ４を考える。ステップ２３に おいて、すべてのこれらの変換が処理されたか否かを検査する。 レート−歪み対（Ｒ，Ｄ）を各々の変換形式に関して計算したら、ステップ２ ４において最適な変換を選択する。この最適な変換を、Ｌ＝Ｒ＋ｓ・Ｄとして規 定される“ラグランジアンコスト”が最小となる変換とする。ここで、ｓは、式 （３）によるレート−歪み曲線の傾きである。前記最適な変換を選択する適切な 方法を、上記変換結果を対に関して比較することによって、すなわち、以下のサ ブステップを実行することによって達成する。 １． ４＊４ブロックに関して、４つの２＊２Ｔ１変換ブロックを対応する４＊ ４Ｔ２変換ブロックと比較する。 ２． ８＊８ブロックに関して、８＊８Ｔ３変換をこのブロックに関するサブス テップ１による結果の変換と比較する。 ３． １６＊１６ブロックに関して、１６＊１６Ｔ４変換をこのブロックに関す るサブステップ２による結果の変換と比較する。 ステップ２５において、選択された変換形式を前記分割マップに格納し、これ は最も小さいブロックサイズによって決定されるグリッドを規定する。図４は、 このような分割マップの説明的な例を示す。 ここで、図１に戻って、前記画像の実際の符号化の期間中、どの変換形式を使 用すべきかを示すために、前記分割マップを変換回路３に用いる。この符号化処 理中、分割回路２によって規定されるようなビットレートを実際に達成するため に、ステップ２２において規定されるようなブロックｋに対するレートＲ_k（t） を、ビットレート調節回路（図１には示さず）に用いてもよい。ビットレート調 節回路は、技術的に既知である。前記分割マップを、さらに、前記デコーダに伝 送するか、格納媒体に格納するために、符号化回路４に用いる。実際の符号化方 法は、固有の番号を異なった変換形式に割り当てることである。この変換番号は 、ＤＰＣＭを使用する無損失符号化である。結果としての違いを、ハフマン符号 化およびランレングス符号化の組み合わせによって伝送する。 前記レート−歪み対を計算する（上記ステップ２２）代わりの実施例は、各々 の可能な画素ブロックｋを実際に符号化（変換、量子化、ハフマンおよびランレ ングス符号化）することである。その場合において、上記仮定（符号化すべき画 像の統計を正規分布であり、変換係数を無相関とする）を適用することはできな い。 等しいブロックサイズに対する異なった変換を、自動的な分割、例えば、離散 コサイン変換、アダマール変換、または改良重ね合わせ直交変換のような重ね合 わせ変換において使用することができることにも注意されたい。 完全な（に近い）復元を維持する間、前記符号化処理において、領域間の輪郭 における異なった変換間の切替えを準備する必要があることにさらに注意された い。例えば、線形位相変換を使用して、これを、領域境界における反射によって 実行することができる。 要約において、異なった符号化方法を画像の異なった領域に用いるビデオ画像 を符号化する方法を開示した。前記画像をブロックに分割し、各々のブロックに 対して、レート−歪みの観点から最適な符号化方法を選択する。ある実施例にお いて、ＤＣＴまたはＬＯＴのような変換符号化をすべてのブロックに対して用い る。ブロックサイズを、レート−歪み規準に従って選択する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヘースデンス リチャード オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ビデオ画像をブロックに分割するステップと、前記ブロックの各々に対して 複数の異なった符号化方法から１つを選択するステップと、前記選択された符号 化方法を使用して前記ブロックを符号化し、各々のブロックに対する符号化デー タを得るステップと、前記選択された符号化方法を示すデータおよび符号化デー タを伝送するステップとを具える、ビデオ画像符号化方法において、前記符号化 方法を選択するステップが、レート−歪みの観点から最適である符号化方法の決 定を含むことを特徴とする方法。 ２．請求の範囲１に記載の方法において、前記複数の異なった符号化方法を等し いサイズの画素ブロックに用いることを特徴とする方法。 ３．請求の範囲１に記載の方法において、前記複数の異なった符号化方法を、異 なったサイズの画素ブロックに用いる信号変換としたことを特徴とする方法。 ４．請求の範囲３に記載の方法において、前記最適な符号化方法を決定するステ ップが、 に従うレートＲ(t)および歪みＤ(t)の計算を含み、ｃ_i,kを変換ブロックｋのｉ 番目の係数とし、ｔを量子化パラメータとしたことを特徴とする方法。 ５．ビデオ画像をブロックに分割する手段と、前記ブロックの各々に対して複数 の異なった符号化方法から１つを選択する手段と、前記選択された符号化方法を 使用して前記ブロックを符号化し、各々のブロックに対する符号化データを得る 手段と、前記選択された符号化方法を示すデータおよび符号化データを伝送する 手段とを具える、ビデオ画像を符号化する装置において、前記符号化方法を選択 する手段が、レート−歪みの観点から最適である符号化方法を決定する手段を具 えることを特徴とする装置。 ６．請求の範囲５に記載の装置において、前記複数の異なった符号化方法を等し いサイズの画素ブロックに用いることを特徴とする装置。 ７．請求の範囲５に記載の装置において、前記複数の異なった符号化方法を、異 なったサイズの画素ブロックに用いる信号変換としたことを特徴とする装置。 ８．請求の範囲７に記載の装置において、前記最適な符号化方法を決定する手段 が、 に従うレートＲ（ｔ）および歪みＤ（ｔ）の計算に適合し、ｃ_i,kを変換ブロッ クｋのｉ番目の係数とし、ｔを量子化パラメータとしたことを特徴とする装置。