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JP2003319398A - 動画像の符号化方法および復号化方法、これを用いた装置とプログラム - Google Patents

動画像の符号化方法および復号化方法、これを用いた装置とプログラム

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JP2003319398A
JP2003319398A JP2002122379A JP2002122379A JP2003319398A JP 2003319398 A JP2003319398 A JP 2003319398A JP 2002122379 A JP2002122379 A JP 2002122379A JP 2002122379 A JP2002122379 A JP 2002122379A JP 2003319398 A JP2003319398 A JP 2003319398A
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moving picture
filters
motion vector
decimal point
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慶一 蝶野
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NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の符号化方式における動き補償は、固定
フィルタによって小数点画素補間を行うため、動画像の
性質やビットレートに応じた小数点画素の補間ができな
い。 【解決手段】 フィルタ／補間画像記憶１０１が、参照
画像に小数点位置の画素を複数組のフィルタで補間し、
動きベクトル／フィルタ検出１０２が、最も符号化効率
が良いフィルタと動きベクトルの組を検出し、予測値生
成１０３が、検出されたフィルタと動きベクトルの組を
用いて予測値を生成し、動きベクトル／フィルタ検出１
０２が、予測値を生成したフィルタ情報と動きベクトル
の情報を出力することで動画像の性質やビットレートに
応じた小数点画素の補間を行い動画像の符号化を改善す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動画像の符号化／復
号技術に関し、特に、動き補償に用いる小数点画素の補
間を、フィルタ係数を適応的に切り替えて符号化を行う
動画像符号化／復号プログラム、方法および装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ディジタル放送システムやサービス等に
おいて、多くの動画像信号は圧縮符号化されて伝送・蓄
積される。
【０００３】図１６は、典型的な動画像信号の符号化器
の構成を示すブロック図である。図１６に示される符号
化器は、局所的復号器を含んでおり、周波数変換器１
１、量子化装置１２、可変長符号化器１３、逆量子化装
置１４、逆周波数変換手段器１５、フレームメモリ１
６、動き補償装置１７，および動きベクトル検出装置１
８より構成されている。
【０００４】入力画像は、符号化器に入力されて複数の
ブロックに分割される。入力画像にフレーム間予測が行
われる場合、それぞれのブロックは、動き補償装置１７
によって、過去に復号された画像から生成された予測値
が減じられる。ここで、フレーム間予測とは、過去に再
構築された参照画像を用いて、現在の画像を符号化する
方法である。
【０００５】次に、この画像ブロックは、周波数変換器
１１によって周波数領域に変換される。周波数領域に変
換された画像ブロックは、量子化装置１２によって量子
化される。上記量子化された画像ブロックは、可変長符
号化器１３によってエントロピー符号化されて、蓄積さ
れる。
【０００６】局所的復号として、上記量子化された画像
ブロックは、逆量子化装置１４、逆周波数変換器１５に
より、再びもとの空間領域に戻される。
【０００７】フレーム間予測の場合、上記予測値が画像
ブロックに加えられ、再構築画像を形成する。この再構
築画像は、次の画像の符号化に用いられるので参照画像
と呼ばれる。上記参照画像はフレームメモリ１６に格納
されて、動きベクトル検出装置１８、動き補償装置１７
に用いられる。動きベクトル検出装置１８は、入力画像
のブロックと上記参照画像から、動きベクトルを検出す
る。動き補償装置１７は、上記動きベクトルと上記参照
画像から予測値を生成する。
【０００８】図１７は図１６に示した符号化器に対応す
る復号器の構成を示すブロック図である。図１７に示さ
れる復号器は、可変長復号化器１９、逆量子化装置２
０、逆周波数変換器２１、動き補償装置２２、フレーム
メモリ２３で構成されている。逆量子化装置２０、逆周
波数変換器２１、動き補償装置２２およびフレームメモ
リ２３の動作は、符号化器の内部復号器の逆量子化装置
１４、逆周波数変換手段器１５、動き補償装置１７およ
びフレームメモリ１６と同じである。
【０００９】復号では、まず、可変長復号化器１９によ
り、入力を符号化された表現からもとの表現に戻す。次
に、復号された変換係数に、逆量子化、逆周波数変換を
行い、変換係数を空間領域の画像ブロックに戻す。フレ
ーム間予測の場合、空間領域に戻された画像ブロックに
予測値を加え、再構築画像を形成する。この予測値は、
フレームメモリ２３に格納された参照画像と可変長復号
化器１９から供給される動きベクトルによって生成され
る。再構築画像は、次に復号する画像に利用されるので
フレームメモリ２３に格納される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】上記の動画像信号の符
号化効率を改善する手段として、プレフィルタを用いる
ことや小数点画素精度の動き補償などがある。プレフィ
ルタは、入力画像の帯域をフィルタによって操作するこ
とで符号化効率を改善する。これに対して、小数点画素
精度の動き補償は、参照画像に小数精度の動きを作り出
すことによって符号化効率を改善する。
【００１１】プレフィルタは、入力画像の帯域制限を行
うので、動画像の符号化効率を直接向上させるものでは
ない。また、従来方式における小数点画素精度の動き補
償は、小数点画素を固定のフィルタを用いて補間する。
このため、動画像の性質、ビットレートに応じた小数点
画素の補間ができない。
【００１２】本発明は上述したような従来技術に鑑みて
なされたものであって、動き補償の効果を高め、符号化
効率を改善することのできる動画像の符号化／復号方法
を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明の第１形態によれ
ば、小数点精度の動き検出、動画像符号化プログラムあ
るいは方法あるいは装置であって、参照画像における小
数点位置の画素を複数組のフィルタで補間し、最も符号
化効率が良いフィルタと動きベクトルの組を検出し、検
出されたフィルタと動きベクトルを用いて予測値を生成
し、予測値を生成したフィルタ情報と動きベクトルの情
報を出力することを特徴とする。
【００１４】上記構成によれば、最も符号化効率が良い
フィルタと動きベクトルを検出し、この検出したフィル
タと動きベクトルによって生成された予測値を動き補償
に用いる。これにより、動画像の符号化効率が改善でき
る。
【００１５】本発明の第２形態によれば、小数点精度の
動き補償をする動画像復号プログラムあるいは方法ある
いは装置であって、入力されたフィルタ情報によってフ
ィルタあるいは参照する補間フレームを切り替え、切り
替わったフィルタあるいは参照する補間フレーム、およ
び入力される動きベクトルを用いて予測値を生成するこ
とを特徴とする。
【００１６】本発明の第３形態によれば、第１形態の動
画像符号化プログラムあるいは方法あるいは装置であっ
て、小数点位置の画素を補間するフィルタに少なくとも
位相の異なる複数のフィルタを用いることを特徴とす
る。
【００１７】第３実施形態により、動き補償精度が高ま
り、符号化効率が改善する。
【００１８】本発明の第４実態によれば、第２形態の動
画像の動画像復号プログラムあるいは方法あるいは装置
であって、小数点位置の画素を補間するフィルタに少な
くとも位相の異なる複数のフィルタを用いること特徴と
する。
【００１９】本発明の第５形態によれば、第１形態の動
画像符号化プログラムあるいは方法あるいは装置であっ
て、上記小数点位置の画素を補間するフィルタに少なく
とも帯域の異なる複数のフィルタを用いることを特徴と
する。
【００２０】第５形態により、参照画像の帯域保存ある
いは参照画像の雑音減衰が行えるので，符号化効率が改
善する。
【００２１】本発明の第６形態によれば、第２形態の動
画像復号プログラムあるいは方法あるいは装置であっ
て、上記小数点位置の画素を補間するフィルタに少なく
とも帯域の異なる複数のフィルタを用いることを特徴と
する。
【００２２】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。
【００２３】第１実施形態 図１は本発明による第１実施形態の構成を示すブロック
図である。本実施形態は、制御装置、記憶装置、入力装
置および表示装置からなる一般的なコンピュータシステ
ムを用いて構成されるものであり、図１にはその要部と
なる部分のみが示されている。
【００２４】フィルタ／補間画像記憶装置１０１、動き
ベクトル／フィルタ係数検出装置１０２、予測値生成装
置１０３を含む。これらは、図１６に示した符号化方式
のフレームメモリ／動き補償部／動きベクトル検出に相
当するものであり、これら以外の構成は図１６に示した
符号化器と同じ構成とされている。このため、以下の説
明では図１６も参照して本実施形態について説明する。
【００２５】本実施形態は、本実施形態を含むコンピュ
ータシステムの主記憶に余裕があり、補間画像を複数格
納できる場合に構築されるものであり、以下にその構成
と動作を説明する。
【００２６】フィルタ／補間画像記憶装置１０１は、フ
ィルタ１０１１と補間画像記憶装置１０２１とが組合わ
された複数の組と、各組の補間画像記憶装置１０２１出
力を入力し、いずれかを選択的に動きベクトル／フィル
タ検出装置１０２および予測値生成装置１０３へ出力す
るスイッチ１０１３とで構成される。
【００２７】各フィルタ１０１１はそれぞれ異なるフィ
ルタ特性を有するもので、入力される再構築画像から小
数点位置補間画像を生成し、補間画像記憶装置１０２１
に供給する。
【００２８】補間画像記憶装置１０２１は、フィルタ１
０１１から供給される補間画像を格納する。
【００２９】なお、再構築画像を記憶する手段を別途に
設け、必要に応じて逐次読み出す構成とする場合には、
補間画像記憶装置１０２１を設けることなく、フィルタ
１０１１で逐次計算された結果を出力することとしても
よい。
【００３０】動きベクトル／フィルタ検出装置１０２
は、動きベクトル検出装置１０２１とフィルタ検出装置
１０２２で構成される。この動きベクトル／フィルタ検
出装置１０２は、スイッチ１０１３を操作可能に構成さ
れており、入力画像と補間画像から、最も符号化効率の
良い動きベクトルとフィルタの組を検出し、予測値生成
装置１０３および可変長符号化器１３（図１６参照）へ
供給する。
【００３１】動きベクトル検出装置１０２１は、画像を
入力し、また、スイッチ１０１３を操作可能に構成され
ており、スイッチ１０１３を順次切り替えて各補間画像
記憶装置１０１２に格納されている各補間画像を入力し
て参照し、参照した補間画像と入力画像から、後述する
ブロックコストを求め、最もブロックコストの小さな動
きベクトルと予測誤差の組をフィルタ検出装置１０２２
へ供給する。なお、予測誤差とは、入力画像と再構築画
像の差分である。
【００３２】フィルタ検出装置１０２２は、動きベクト
ル検出装置１０２１から供給される各補間画像記憶装置
１０１２に格納されている各補間画像の動きベクトルと
予測誤差、および、フィルタ情報を用いて後述する符号
化コストを求め、最も符号化コストの小さな画像を生成
したフィルタ１０１１を検出する。また、検出された動
きベクトルとフィルタの組を予測値生成１０３および可
変長符号化器１３へ供給する。
【００３３】ここで、動きベクトル検出１０２１とフィ
ルタ検出１０２２を一体化し、ブロックコストおよび符
号化コストの最も小さな動きベクトルとフィルタの組を
検出するように構成してもよい。
【００３４】予測値生成装置１０３は動きベクトル検出
装置１０２１と同様に、スイッチ１０１３を操作可能に
構成されており、動きベクトル／フィルタ検出装置１０
２より供給される動きベクトルとフィルタを用いて予測
値を生成する。具体的には、フィルタに対応する補間画
像をスイッチ１０１３の切り替えにより参照し、動きベ
クトルを用いて補間画像から予測値を読み出す。なお、
動きベクトル／フィルタ検出装置１０２に予測値を記憶
する機能を設け、動きベクトル／フィルタ検出装置１０
２が、予測値を直接生成できるように構成してもよい。
【００３５】次に、本実施形態の動作について、図２を
参照して説明する。図２は本実施形態の動作を示すフロ
ーチャートである。
【００３６】ステップＳ１０１では、再構築画像にフィ
ルタ／補間画像記憶装置１０１を用いて複数の小数点位
置補間画像を生成し、複数の補間画像を格納する。
【００３７】画像を構成する画素をｘ（ｉ，ｊ）、画像
のサイズをＷｘＨ，補間フィルタ係数（ｆ１，ｆ２，ｆ
３，ｆ４）とすると、ｘ（ｉ，ｊ）とｘ（ｉ＋１，ｊ）
の中間に位置する２分の１画素は、以下の数式で補間さ
れる。
【００３８】
【数１】
【００３９】式１を画像の横方向、縦方向に適応させる
ことで２分の１画素の補間が完了する。２分の１小数点
位置の補間画像のサイズは４ｘＷｘＨとなる。４分の１
画素、８分の１画素は、上記を繰り返すことで得られ、
それぞれの補間画像サイズは１６ｘＷｘＨ、６４ｘＷｘ
Ｈとなる。
【００４０】また、ｎ分の１画素の補間を行う場合に一
般的な、補間精度と小数点画素位置に応じたフィルタを
用いて直接補間することとしてもよい。
【００４１】続くステップＳ１０２では、ステップＳ１
０１で得られた各補間画像から、動きベクトル／フィル
タ検出装置１０２を用いて各補間画像別にブロックコス
トが最も小さな動きベクトルと予測誤差の組を求める。
【００４２】ブロックコスト（Block cost）は、動きベ
クトル検出装置１０２１により算出され、入力画像を構
成する画素をｓ（ｉ，ｊ），補間された再構築画像を構
成する画素をｓ（ｉ，ｊ），ブロックのサイズをＭｘ
Ｎ、動きベクトルを（ｖｘ，ｖｙ）、動きベクトル予測
を（ｐｘ，ｐｙ）、ベクトル符号量を求める関数をＶＦ
（ｘ，ｙ）、αをベクトル符号量の重みづけパラメータ
とすると以下の数式で示される。
【００４３】
【数２】
【００４４】続くステップＳ１０３では、ステップＳ１
０２で得られた動きベクトルと予測誤差の組と補間画像
を特定するフィルタ係数を用いて、フィルタ検出１０２
２により、符号化コスト（Encode cost）を求める。予
測誤差の符号量をＥ，フィルタ係数をcoeff１、フィル
タ係数の符号量を求める関数をＦＦ（coeff）とする
と、このフィルタ係数に対する符号化コストは、以下で
与えられる
【００４５】
【数３】
【００４６】なお、式３−１における第１項の予測誤差
符号量を求める演算量を削減しようとする場合には、符
号化コストは、ブロックコストを再利用して、
【００４７】
【数４】
【００４８】としてもよい。
【００４９】もし、フィルタを、サイズのブロックＰ個
の単位で切り替える場合（フレームはブロックの集合で
もある）、フィルタ係数coeff１に対する符号化コスト
は、
【００５０】
【数５】
【００５１】で与えられる。ブロックコストには、当然
ながら予測誤差の符号量を用いることができる。ただし
ブロックの集合単位で、フィルタ係数の切り替えを行う
場合、ブロックの個数だけ、動きベクトルと予測誤差お
よびブロックコストを記憶しておくことが必要となり、
フィルタ検出装置１０２２はこれらを記憶する機能を備
えている。
【００５２】続くステップＳ１０４では、ステップＳ１
０３で得られた最も符号化コストの小さなフィルタ係数
と動きベクトルの組を、可変長符号化器１３および予測
値生成装置１０３に供給する。
【００５３】続くステップＳ１０５では、ステップＳ１
０４により得られたフィルタ係数と動きベクトルを用い
た予測値生成装置１０３による予測値の生成が行なわれ
る。予測値の生成において予測値生成装置１０３は、フ
ィルタ係数に応じてスイッチ１０１３を切り替えて参照
する補間画像を選択し、動きベクトルを用いて予測値を
読出して生成する。
【００５４】以上のステップは、予め求められたフィル
タ係数をどのようにして選択するかについて述べている
が、フィルタ係数そのものを見積もるアルゴリズムと用
意に組み合わせることが可能なことは言うまでもない。
【００５５】第２実施形態 次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実
施形態は、本実施形態を含むコンピュータシステムの主
記憶に余裕がなく、補間画像を複数格納できない場合に
構築されるものであり、以下にその構成と動作を説明す
る。
【００５６】図３は本発明の第２の実施形態の要部構成
を示すブロック図である。
【００５７】本実施形態は、フィルタ／補間画像蓄積１
０１ｂ、動きベクトル／フィルタ係数検出１０２ｂ、予
測値生成１０３ｂとを備えている。図１に示した実施形
態の構成要素と比較すると、フィルタ／補間画像蓄積装
置１０１ｂはフィルタ／補間画像蓄積装置１０１、動き
ベクトル／フィルタ係数検出装置１０２ｂは動きベクト
ル／フィルタ係数検出装置１０２、予測値生成装置１０
３ｂは予測値生成装置１０３と同様の動作を行う。これ
らの相違点は、フィルタ／補間画像蓄積装置１０１ｂを
構成するフィルタ１０１１ｂと補間画像記憶装置１０１
２ｂが一組しかなく、動きベクトル／フィルタ検出装置
１０２ｂおよび予測値生成装置１０３ｂがフィルタ係数
を更新する信号線を備えていることである。また、フィ
ルタ１０１１ｂと補間画像記憶装置１０１２ｂが一組し
かないことからスイッチ１０１３は設けられていない。
【００５８】図４は、図３に示した実施形態の動作を示
すフローチャートである。
【００５９】図４に示されるフローチャートはステップ
Ｓ１０１ｂ〜Ｓ１０７ｂから構成されるが、図２に示し
た第1の実施形態のフローチャートと比較すると、ステ
ップＳ１０１ｂはステップＳ１０１，ステップＳ１０２
ｂはステップＳ１０２，ステップＳ１０３ｂはステップ
Ｓ１０３，ステップＳ１０４ｂはステップＳ１０４，ス
テップＳ１０５ｂはステップＳ１０１，ステップＳ１０
６ｂはステップＳ１０５と同様の処理を行う。
【００６０】本実施形態と第1の実施形態とが動作にお
いて大きく異なる点は、ステップＳ１０１ｂにて行なわ
れる小数点画素補間、ステップＳ１０２ｂにて行なわれ
る動きベクトル検出、ステップＳ１０３ｂにて行なわれ
るコスト比較において、補間画像記憶装置１０１２ｂに
格納された補間画像を上書きしながら最適なフィルタと
動きベクトルの組を検出する点で異なり、さらに、ステ
ップＳ１０４ｂの後に、予測生成装置１０３ｂが参照し
たい補間画像が補間画像記憶装置１０１２ｂに格納され
ているかの確認を行い、補間画像が補間画像記憶装置１
０１２ｂに格納されていない場合には、ステップＳ１０
５にて再度小数点画素の補間を行ってから、ステップＳ
１０６にて予測値生成を行う点である。
【００６１】本実施形態の構成は、主記憶に余裕が無い
ときに有効である。ただし、参照したい補間画像が補間
画像記憶１０１２ｂに残っていない場合には、再度フィ
ルタで補間画像を生成する必要があるので、第１の実施
形態の構成よりも演算量が増加する。
【００６２】第３実施形態 次に、本発明の第３の実施形態について説明する。本実
施形態は、本実施形態を含むコンピュータシステムの主
記憶に復号において余裕がなく、小数点位置補間画像を
格納できない場合に構築されるものであり、以下にその
構成と動作を説明する。
【００６３】図５は本実施形態の要部構成を示すブロッ
ク図である。本実施形態は、フィルタ切替装置２０１、
予測値生成装置２０２を含む。これらは、図１６に示し
た符号化方式のフレームメモリ／動き補償部／動きベク
トル検出に相当するものであり、これら以外の構成は図
１６に示した符号化器と同じ構成とされている。このた
め、以下の説明では図１６も参照して本実施形態につい
て説明する。
【００６４】フィルタ切替装置２０１は、可変長復号か
ら供給されるフィルタ係数情報に応じて、予測値生成装
置２０２のフィルタ係数を切り替える。
【００６５】予測値生成装置２０２は、整数画素読出し
装置２０２１、フィルタ２０２２、予測値読出し装置２
０２３で構成されており、可変長復号から供給される動
きベクトルを用いて、再構築画像から整数画素を読出
し、フィルタリングを行い、予測値を生成する。
【００６６】整数画素読み出し装置２０２１は、可変長
復号から供給される動きベクトルを用いて、予測値を含
む整数画素を再構築画像から読み込む。読み込んだ整数
画素は、フィルタ２０２２に供給される。
【００６７】フィルタ２０２２は、フィルタ切替装置２
０１によって切り替えられたフィルタ係数を用いて、整
数画素読出し装置２０２１から供給される整数画素に小
数点画素を補間する。もちろん、フィルタ係数が、可変
長復号から供給されるフィルタ係数情報によって直接切
り替え可能なことは言うまでもない。
【００６８】予測値読出し装置２０２３は、フィルタ２
０２２から供給される補間画素と可変長復号から供給さ
れる動きベクトルを用いて、予測値ブロックを読み出
す。
【００６９】図６は、図５に示した実施形態の動作を示
すフローチャートである。
【００７０】ステップＳ２０１では、可変長復号より供
給される動きベクトルを用いて、整数画素読み出し装置
２０２１によって、再構築画像から整数画素ブロックを
読み出す。
【００７１】ステップＳ２０２では、可変長復号より供
給されるフィルタ係数情報を用いて、フィルタ切替装置
２０１により、フィルタ２０２２のフィルタ係数を切り
替える。
【００７２】ステップＳ２０３では、整数画素読み出し
装置２０１から供給される整数画素を、ステップＳ２０
２によって切り替えられたフィルタ係数を用いて、フィ
ルタ２０２２により小数点画素を補間する。
【００７３】ステップＳ２０４では、ステップＳ２０３
で得られた補間画像から、可変長復号より供給される動
きベクトルを用いて、予測値読出し装置２０２３により
予測値を読み出す。
【００７４】第４実施形態 次に、本発明の第４の実施形態について説明する。本実
施形態は、本実施形態を含むコンピュータシステムの主
記憶に余裕があり、複数の小数点位置補間画像を格納で
きる場合に構築されるものであり、以下にその構成と動
作を説明する。
【００７５】図７は本発明の第４の実施形態の要部構成
を示すブロック図である。
【００７６】図７に示されるように、本実施形態は、選
択補間画像切替装置２０１ｂ、予測値生成装置２０２ｂ
を含む。選択補間画像切替装置２０１ｂは、可変長復号
から供給されるフィルタ係数情報によって、予測値生成
装置２０２ｂが、参照する補間画像を切り替える。
【００７７】予測値生成装置２０２は、複数の組のフィ
ルタ２０２１ｂと補間画像記憶装置２０２２ｂ、予測値
読出し装置２０２３ｂで構成される。
【００７８】フィルタ２０２１ｂと補間画像蓄積２０２
２ｂは、フィルタ計算を行って小数点画素補間画像を格
納する。予測値読出し装置２０２３ｂは、選択補間画像
切替装置２０１ｂによって選択された、補間画像を参照
し、可変長復号から供給される動きベクトルを用いて予
測値を読み出す。
【００７９】図８は、図７に示した実施形態の動作を示
すフローチャートである。
【００８０】ステップＳ２０１ｂでは、複数組のフィル
タ２０２１ｂと補間画像記憶２０２２ｂによって、再構
築画像から複数の小数点位置補間画像を生成し、格納す
る。
【００８１】ステップＳ２０２ｂでは、可変長復号から
供給されるフィルタ係数情報を用いて選択補間画像切替
装置２０１ｂによって、予測値読出し装置２０３ｂが参
照する補間画像を選択する。
【００８２】ステップＳ２０３ｂでは、可変長復号から
供給される動きベクトルと選択補間画像切り替え装置２
０１ｂが選択する補間画像記憶２０２２ｂに格納された
補間画像を用いて、予測値生成装置２０２３ｂによっ
て、予測値を読み出す。
【００８３】上記の構成は、領域、ブロック、あるい
は、画素単位での小数点位置補間画像フィルタの切り替
えが不要になる。よって、プロセッサのアーキテクチャ
が、フィルタ係数切り替えのオーバーヘッドを嫌い、か
つ、主記憶を大量にもつ場合に有効である。
【００８４】第５実施形態 次に、本発明の第５の実施形態について説明する。本実
施形態の要部構成は図１に示した第１の実施形態、また
は、図３に示した第２の実施形態と同様であるため、構
成については図示省略する。
【００８５】本実施形態は、第１または第２の実施形態
におけるフィルタ１０１１，１０１１ｂで用いるフィル
タ係数として、少なくとも位相の異なる複数のフィルタ
係数を用いることを特徴とするもので、動作は第１実施
形態または第２の実施形態と同様である。
【００８６】本実施形態の効果について、まず、フィル
タの位相をずらすことによる効果について説明する。
【００８７】まず、従来行なわれている４分の１画素補
間の動作について説明する。小数点画素の補間は、図９
に示すようにフィルタ１を用いる１段目の処理により整
数画素から２分の１画素を生成し、フィルタ２を用いる
２段目の処理で２分の１画素から４分の１画素を生成す
るといったように２段階の処理により行われる。
【００８８】上記の２段階の処理により、図１０（ａ）
〜（ｃ）に示すように中間位置の補間を繰り返す。補間
により、横方向に並んだ整数画素と整数画素の間には、
３つの小数点画素が作り出される。
【００８９】ここで、図１１（ａ）〜（ｃ）に示すよう
に、故意に１段目の補間フィルタだけを右方向に４分の
１だけずらすと、見かけ上は４分の１刻みだが、２段目
の補間で１／８，５／８画素を作り出すことができる。
また、図１１（ｄ）〜（ｆ）に示すように、左方向に４
分の１だけずらした場合には、２段目の補間で３／８，
７／８画素を作り出すことができる。
【００９０】上記のように左右に４分の１ずれたフィル
タによって、見かけ上４分の１画素精度の動き補償で
も、整数画素と整数画素の間に補間される３つの小数点
画素が、８分の１刻みの値をとることができる。もちろ
ん、位相のずらしかたにより、１６分の１、３２分の１
画素刻みの値をとれることは言うまでも無い。
【００９１】次に、本実施形態で行なわれる位相をずら
す方法について説明する。
【００９２】図１２（ａ），（ｂ）は、１／２画素を補
間するフィルタおよび１／４画素を補間するフィルタの
フィルタ係数をそれぞれ示している。
【００９３】各図において、破線は理想フィルタを示
し、実線は破線を１／２または１／４画素ずらしたフィ
ルタを示している。図１２（ａ）に示す例では、１／２
画素位置の画素値を求めるフィルタ係数を示しており、
このフィルタ係数(a,b,c,c,b,a)は、理想フィルタを１
／２ずらすことによって得られる。P(i)を画素値とする
と、1/2位置の画素値P(1/2)は、以下の式によって求め
られる。
【００９４】
【数６】
【００９５】図１２（b）に示す例では、１／4画素位置
の画素値を求めるフィルタ係数を示しており、このフィ
ルタ係数(d,e,f,g,h,i)は、理想フィルタを１／4ずらす
ことによって得られる。1/2位置の場合と同様に、1/4位
置の画素値P(1/4)は、以下の式によって求められる。
【００９６】
【数７】
【００９７】補間された小数点位置の画素を右に４分の
１ずらすには、１／２位置に１／２画素を補間するフィ
ルタＡの代わりに、同じ１／２位置に１／４画素を補間
するフィルタＢを用いる。つまり、フィルタ係数そのも
のを切り替えることで、位相を操作することができる。
【００９８】本実施形態における各フィルタ１０１１ま
たは１０１１ｂは上記のように位相が異なるフィルタ係
数とされており、これらを用いて補間を行なうことによ
り、第１または第２の実施形態の効果に加えて、細かな
精度の動き補償が可能となり、符号化効率が改善された
ものとなる。
【００９９】第６実施形態 次に、本発明の第６の実施形態について説明する。本実
施形態の要部構成は図５に示した第３の実施形態、また
は、図７に示した第４の実施形態と同様であるため、構
成については図示省略する。
【０１００】本実施形態は、第３または第４の実施形態
におけるフィルタ２０２１，２０２１ｂで用いるフィル
タ係数として、少なくとも位相の異なる複数のフィルタ
係数を用いることを特徴とするもので、動作は第３実施
形態または第４の実施形態と同様である。
【０１０１】また、位相の異なるフィルタは、第５の実
施形態で示したフィルタと同じであるため、詳細な説明
は省略する。
【０１０２】本実施形態においては、第３または第４の
実施形態の効果に加えて、細かな精度の動き補償が可能
となり、符号化効率が改善されたものとなる。
【０１０３】第７実施形態 次に、本発明の第７の実施形態について説明する。本実
施形態の要部構成は図１に示した第１の実施形態、また
は、図３に示した第２の実施形態と同様であるため、構
成については図示省略する。
【０１０４】本実施形態は、第１または第２の実施形態
におけるフィルタ１０１１，１０１１ｂとして、少なく
とも帯域の異なるフィルタ係数のものを用いることを特
徴とするもので、動作は第１実施形態または第２の実施
形態と同様である。
【０１０５】本実施形態の効果について、まず、フィル
タ帯域を変えることで得られる効果について説明する。
【０１０６】図１３は広帯域なフィルタで小数点画素を
補間した場合と、狭帯域なフィルタで小数点画素を補間
した場合を示す図である。
【０１０７】図１３（ａ）に示す画像を図１３（ｂ）に
示される広帯域な振幅特性のフィルタと狭帯域な振幅特
性のフィルタを用いることにより、図１３（ｃ），
（ｄ）に示す補間画像が得られる。広帯域なフィルタで
小数点画素を補間した方が、エッジ情報を保存できるこ
とが図１３（ｃ）からわかる。エッジが多い、つまり、
高域成分が多い画像は、広帯域なフィルタを使うことで
エッジ情報が保存され、動き補償の効果が改善される。
【０１０８】ただし、低ビットレートで量子化雑音が、
偽エッジとして多く生じる場合、広帯域なフィルタを用
いて小数点画素の補間を行うと雑音までも保存されてし
まう。図１４（ａ）〜（ｄ）はこのような保存状態を示
す図である。このため、動き補償の効果が悪くなる。よ
って低ビットレートでは、狭帯域なフィルタ係数を用い
て小数点画素補間することで符号化効率が改善できる。
【０１０９】次に、小数点画素が保存する帯域を変更の
方法を示す。
【０１１０】図１３および図１４に示した広帯域フィル
タの係数をＡ，狭帯域フィルタの係数をＢとする。フィ
ルタ係数をＡからＢへ切り替えることで、狭帯域なフィ
ルタで小数点補間することができ、フィルタ係数をＢか
らＡへ切り替えることで、広帯域なフィルタで小数点補
間することができる。
【０１１１】つまり、各帯域特性に対応するフィルタ係
数を切り替えて、内挿を行うことで小数点画素が保存す
る帯域を変えることができる。
【０１１２】第８実施形態 次に、本発明の第８の実施形態について説明する。本実
施形態の要部構成は図５に示した第３の実施形態、また
は、図７に示した第４の実施形態と同様であるため、構
成については図示省略する。
【０１１３】本実施形態は、第３または第４の実施形態
におけるフィルタ２０２１，２０２１ｂとして、少なく
とも帯域の異なるフィルタ係数のものを用いることを特
徴とするもので、動作は第３実施形態または第４の実施
形態と同様である。また、帯域の異なるフィルタは、第
７実施形態で示したフィルタと同じであるため、詳細な
説明は省略する。
【０１１４】本実施形態においては、第３または第４の
実施形態の効果に加えて、小数点画素が保存する帯域を
変えることができる。
【０１１５】図１５は、本発明による動画像符号化／復
号装置をインプリメントした情報処理システムの一例の
概略構成を示すブロック図である。
【０１１６】本発明による動画像符号化／復号装置は、
以上の説明からも明らかなように、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。
【０１１７】図１７に示す情報処理システムは、プロセ
ッサ３０１，プログラムメモリ３０２，記憶媒体３０３
および３０４からなる。記憶媒体３０３および３０４
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。記憶媒体としては、
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。
【０１１８】
【発明の効果】本発明により、動画像の性質やビットレ
ートに応じた小数点位置補間するフィルタ係数を切り替
えることで、動画像の符号化効率を改善できる。このフ
ィルタ係数の切り替えは、フィルタ選択と見積もりを含
む。フィルタ選択は、帯域および位相の異なるフィルタ
係数を予め用意しておき、用意しておいたフィルタ係数
から最適なフィルタ係数を選択することを意味する。一
方のフィルタ見積もりは、フィルタ係数を適応アルゴリ
ズム等によって算出し、算出されたフィルタ係数を切り
替えに用いることを意味する。
【０１１９】フィルタの位相を操作することで、細かい
精度の動き補償が可能となり、符号化効率が改善し、フ
ィルタの帯域操作によって、画像の高域成分および量子
化雑音をコントロールできるので、動き補償の効果が高
まり符号化効率が改善する。
【０１２０】また、フィルタ係数を画像ブロック単位以
上で切り替える場合、フィルタリングの演算量は変わら
ず、切り替えによるオーバーヘッド演算量も小さいの
で、復号の演算量増加も小さい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施形態で複数の補間画像記
憶を備える場合の構成を表すブロック図である。
【図２】本発明による第１実施形態で複数の補間画像記
憶を備える場合の動作を表すフローチャートである。
【図３】本発明による第２実施形態で１つの補間画像記
憶を備える場合の構成を表すブロック図である。
【図４】本発明による第２実施形態で補間画像記憶を備
えない場合の動作を表すフローチャートである。
【図５】本発明による第３実施形態で補間画像記憶を備
えない場合の構成を表すブロック図である。
【図６】本発明による第３実施形態で複数の補間画像記
憶を備える場合の動作を表すフローチャートである。
【図７】本発明による第４実施形態で複数の補間画像記
憶を備える場合の構成を表すブロック図である。
【図８】本発明による第４実施形態で複数の補間画像記
憶を備える場合の動作を表すフローチャートである。
【図９】小数点画素の補間ステップを示す図である。
【図１０】位相をずらさず小数点画素を補間した場合の
図である。
【図１１】位相をずらして小数点画素を補間した場合の
図である。
【図１２】２分の１画素を補間するフィルタと４分の１
画素を補間するフィルタの違いを示す図である。
【図１３】帯域の広いフィルタで補間をおこなうことで
エッジが保存されることを示す図である。
【図１４】帯域の広いフィルタがノイズも保存してしま
うことを示す図である。
【図１５】本発明による動画像符号化／復号装置をイン
プリメントした情報処理システムの一般的な概略的ブロ
ック構成図である。
【図１６】従来方式の符号化ブロック図である。
【図１７】従来方式の復号ブロック図である。
【符号の説明】
１１ 周波数変換装置 １２ 量子化装置 １３ 可変長符号化装置 １４ 逆量子化装置 １５ 逆周波数変換装置 １６ フレームメモリ １７ 動き補償装置 １８ 動きベクトル検出装置 １９ 可変長復号化装置 ２０ 逆量子化装置 ２１ 逆周波数変換装置 ２２ 動き補償装置 ２３ フレームメモリ １０１ フィルタ／補間画像記憶装置 １０１１ フィルタ １０１２ 補間画像記憶装置 １０２ 動きベクトル／フィルタ検出装置 １０２１ 動きベクトル検出装置 １０２２ フィルタ検出装置 １０３ 予測画像生成装置 １０１ｂ フィルタ／補間画像記憶装置 １０１１ｂ フィルタ １０１２ｂ 補間画像記憶装置 １０２ｂ 動きベクトル／フィルタ検出装置 １０２１ｂ 動きベクトル検出装置 １０２２ｂ フィルタ検出装置 １０３ｂ 予測画像生成装置 ２０１ フィルタ切替装置 ２０２ 予測値生成装置 ２０２１ 整数画素読み出し装置 ２０２２ フィルタ ２０２３ 予測値読出し装置 ２０１ｂ 選択補間画像切替装置 ２０２ｂ 予測値生成装置 ２０２１ｂ フィルタ ２０２２ｂ 補間画像記憶装置 ２０２３ｂ 予測値読出装置 ３０１ プロセッサ ３０２ プログラムメモリ ３０３ 記憶媒体 ３０４ 記憶媒体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 LB11 MA05 NN14 PP04 SS02 SS20 TA21 TB04 TC12 TD11 UA02 UA12 UA38 5J064 AA02 BA09 BA13 BB03 BB04 BC01 BC08 BC11 BC14 BC16 BC29 BD04

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 小数点精度の動き検出、小数点精度の動
    き補償をする動画像符号化をコンピュータに実行させる
    動画像符号化プログラムであって、 参照画像における小数点位置の画素を複数組のフィルタ
    で補間するステップと、 最も符号化効率が良いフィルタと動きベクトルの組を検
    出するステップと、 検出されたフィルタと動きベクトルを用いて予測値を生
    成するステップと、 予測値を生成したフィルタ情報と動きベクトルの情報を
    出力するステップとを有することを特徴とする動画像符
    号化プログラム。
  2. 【請求項２】 小数点精度の動き補償をする動画像復号
    をコンピュータに実行させる動画像復号プログラムであ
    って、 入力されたフィルタ情報によってフィルタあるいは参照
    する補間フレームを選択するステップと、 切り替わったフィルタあるいは参照する補間フレーム、
    および入力される動きベクトルを用いて予測値を生成す
    るステップとを有することを特徴とする動画像復号プロ
    グラム。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の動画像の符号化コンピュ
    ータプログラムにおいて、 参照画像における小数点位置の画素を複数組のフィルタ
    で補間するステップにて、少なくとも位相の異なる複数
    のフィルタを用いることを特徴とする動画像符号化プロ
    グラム。
  4. 【請求項４】 請求項２の動画像復号プログラムにおい
    て、 入力されたフィルタ情報によってフィルタあるいは参照
    する補間フレームを選択するステップにて、少なくとも
    位相の異なる複数のフィルタを用いることを特徴とする
    動画像復号プログラム。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の動画像の符号化コンピュ
    ータプログラムにおいて、 参照画像における小数点位置の画素を複数組のフィルタ
    で補間するステップにて、少なくとも帯域の異なる複数
    のフィルタを用いることを特徴とする動画像符号化プロ
    グラム。
  6. 【請求項６】 請求項２記載の動画像復号プログラムに
    おいて、 入力されたフィルタ情報によってフィルタあるいは参照
    する補間フレームを選択するステップにて、少なくとも
    帯域の異なる複数のフィルタを用いることを特徴とする
    動画像復号プログラム。
  7. 【請求項７】 小数点精度の動き検出、小数点精度の動
    き補償をする動画像符号化方法であって、 参照画像における小数点位置の画素を複数組のフィルタ
    で補間し、 最も符号化効率が良いフィルタと動きベクトルの組を検
    出し、 検出されたフィルタと動きベクトルを用いて予測値を生
    成し、 予測値を生成したフィルタ情報と動きベクトルの情報を
    出力することを特徴とする動画像符号化方法。
  8. 【請求項８】 小数点精度の動き補償をする動画像復号
    方法であって、 入力されたフィルタ情報によってフィルタあるいは参照
    する補間フレームを選択し、 切り替わったフィルタあるいは参照する補間フレーム、
    および入力される動きベクトルを用いて予測値を生成す
    ることを特徴とする動画像復号方法。
  9. 【請求項９】 請求項７記載の動画像の符号化方法にお
    いて、 小数点位置の画素を補間するフィルタとして少なくとも
    位相の異なる複数のフィルタを用いることを特徴とする
    動画像符号化方法。
  10. 【請求項１０】 請求項８記載の動画像復号方法におい
    て、 フィルタとして少なくとも位相の異なる複数のフィルタ
    を用いることを特徴とする動画像復号方法。
  11. 【請求項１１】 請求項７記載の動画像の符号化方法に
    おいて、 小数点位置の画素を補間するフィルタとして少なくとも
    帯域の異なる複数のフィルタを用いることを特徴とする
    動画像符号化方法。
  12. 【請求項１２】 請求項８記載の動画像復号化方法にお
    いて、 フィルタとして少なくとも帯域の異なる複数のフィルタ
    を用いることを特徴とする動画像復号方法。
  13. 【請求項１３】 小数点精度の動き検出、小数点精度の
    動き補償をする動画像符号化装置であって、 参照画像における小数点位置の画素を複数組のフィルタ
    で補間する手段と、 最も符号化効率が良いフィルタと動きベクトルの組を検
    出する手段と、 検出されたフィルタと動きベクトルを用いて予測値を生
    成する手段と、 予測値を生成したフィルタ情報と動きベクトルの情報を
    出力する手段とを有することを特徴とする動画像符号化
    装置。
  14. 【請求項１４】 小数点精度の動き補償をする動画像復
    号化装置であって、 入力されたフィルタ情報によってフィルタあるいは参照
    する補間フレームを選択する手段と、 切り替わったフィルタあるいは参照する補間フレーム、
    および入力される動きベクトルを用いて予測値を生成す
    る手段とを有することを特徴とする動画像復号化装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１３記載の動画像の符号化装置
    において、 小数点位置の画素を補間する手段は少なくとも位相の異
    なる複数のフィルタを用いることを特徴とする動画像符
    号化装置。
  16. 【請求項１６】 請求項１４記載の動画像復号化装置に
    おいて、 予測値を生成する手段は少なくとも位相の異なる複数の
    フィルタを用いることを特徴とする動画像復号化装置。
  17. 【請求項１７】 請求項１３記載の動画像符号化装置に
    おいて、 小数点位置の画素を補間する手段は少なくとも帯域の異
    なる複数のフィルタを用いることを特徴とする動画像符
    号化装置。
  18. 【請求項１８】 請求項１４記載の動画像復号化装置に
    おいて、 予測値を生成する手段は少なくとも帯域の異なる複数の
    フィルタを用いることを特徴とする動画像復号化装置。
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