(57)【要約】本発明は、輝度値によって輝度成分を有する入力デジタルビデオ信号を符号化する方法及びエンコーダに関する。前記方法は、前記ビデオ系列を、元の空間表現から、変換された輝度値を有する少量の表現データに変換するステップ；減少されたデータの集合を得るために、前記表現データに対して量子化を実施するステップ；を有する。本発明は、前記量子化ステップが、輝度成分の量子化を、前記輝度成分の変換された輝度値の可視域に基づいて、適応的な仕方で実施することを特徴とする。
2005534222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
輝度値を持つ輝度成分を有する空間表現を有するカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法であって、前記方法が、
―  前記ビデオ系列を、元の空間表現ドメインから、変換された輝度値を有する少量の表現データに変換する変換ステップ、及び
―  減少されたデータの集合を得るために、前記表現データに対して量子化を実施する量子化ステップ、
を有する方法において、前記量子化ステップが、前記輝度成分の量子化を、前記減少されたデータの集合を得るために前記輝度成分の変換された輝度値の可視域に基づいて、適応的な仕方で実施することを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記量子化ステップが、
―  前記可視域内の前記変換された輝度値に、大きい重みを適用するステップ、
―  前記輝度成分内の前記変換された輝度値の出現の確率を計算するステップ、及び
―  前記表現データを、前記減少されたデータの集合に、前記輝度値の出現の確率に基づいて変換するステップ
によって実施されることを特徴とする、請求項１に記載の入力デジタルビデオ系列を符号化する方法。
【請求項３】
前記量子化ステップが、
―  前記可視域の外側の前記変換された輝度値に関して、粗い量子化点を使用するステップ、及び
―  前記可視域内の前記変換された輝度値に関して、細かい量子化点を使用するステップ、
によって実施されることを特徴とする、請求項１に記載の入力デジタルビデオ系列を符号化する方法。
【請求項４】
命令の集合を有する、エンコーダに関するコンピュータプログラムであって、前記エンコーダにロードされた場合、前記エンコーダに請求項１ないし３に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。
【請求項５】
命令の集合を有する、コンピュータに関するコンピュータプログラムであって、前記コンピュータにロードされた場合、前記コンピュータに、請求項１ないし３に記載の方法を実行させるコンピュータプログラム。
【請求項６】
輝度値を持つ輝度成分を有するカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化するエンコーダであって、前記信号は、空間表現を有し、前記エンコーダが、
―  前記ビデオ系列を、元の空間表現ドメインから、変換された輝度値を有する少量の表現データに変換する変換手段、及び
―  減少されたデータの集合を得るために、前記表現データに対して量子化を実施する量子化手段、
を有するエンコーダにおいて、前記量子化手段が、前記輝度成分の量子化を、前記減少されたデータの集合を得るために、前記輝度成分の変換された輝度値の可視域に基づいて、適応的な仕方で、実施することを特徴とする、エンコーダ。
【請求項７】
ビデオ通信システムであって、入力デジタルビデオ信号を受信することができ、前記信号が、請求項６に記載のエンコーダによって符号化される、ビデオ通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、輝度値によって輝度成分を有し空間表現を有するカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法に関し、前記方法は、
―  前記ビデオ系列を、元の空間表現ドメインから、変換された輝度値を有する少量の表現データに変換する変換ステップ、及び
―  減少されたデータの集合を得るために、前記表現データに対して量子化を実施する量子化ステップ、
を有する。
【０００２】
本発明は、エンコーダにも関し、前記エンコーダは、前記方法を実施する。
【０００３】
上記のような、方法は、例えば、ビデオ通信システムにおいて使用されることができる。
【背景技術】
【０００４】
例えば、テレビジョン通信システムのような、ビデオ通信システムは、典型的には、エンコーダ、伝送媒体及びデコータを有する。このようなシステムは、元のカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を受信し、前記系列をエンコーダを介してエンコードし、ビットストリームとも呼ばれる前記エンコードされた系列を伝送媒体を介して伝送し、次いで、前記伝送された系列をデコーダを介してデコードし、出力デジタルビデオ系列を得る。
【０００５】
入力デジタルビデオ系列は、関連する空間表現を有する。古典的なビデオの取り組み方においては、空間表現は、３つの異なる成分：輝度Ｙ、クロミナンスＵ及びクロミナンスＶを有する。輝度成分は、異なる階調（一般的には、２５６階調）によって表現される。
【０００６】
デジタルビデオ系列の必要な情報のみを伝送するために、エンコーダは空間表現を、少量の表現データに減少し、次いで、減少された表現データの量子化を実施する。
【０００７】
レート／歪み比、即ち、元の画像化系列からデコードされた画像系列において知覚される歪みに対して、エンコードに使用されるビットレートを改善するために、いくつかの量子化の解決策が、従来技術において、既に提案されている。
【０００８】
これらの１つは、参考文献「H.G. Mussmann, P. Pirsch and H-J Grallert “Advances in picture coding” in the IEEE proceedings, vol. 73, N°.4, 523-548 April 1985」に記載されている。従来技術における前記解決策は、アクティビティ関数（ａｃｔｉｖｉｔｙ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を使用するアクティビティ測定に基づいている。アクティビティ関数の典型的な例は、画像系列の区域内の隣接ピクセル間の最大差分を計算することである。前記最大差分が、しきい値よりも低い場合、これは、この区域内にほぼ均一な輝度値があることを意味し、この区域は、アクティビティを全く持たないとみなされる。より複雑なアクティビティ関数によって、画像系列は、いくつかのセグメントに分割化されることができ、該セグメントに対して、異なる量子化が実施される。この場合、適応量子化器が、各セグメントに関して１つの、分離したサブ量子化器の集合によって実現されることができ、該サブ量子化器には、ある特定のアクティビティ値が関連付けられている。
【０００９】
これらの量子化解決策の全ては、前記画像の元の値の全てに渡って、画像の歪みを平均して最小化する。従って、これらは、階調の出現（ａｐｐｅａｒａｎｃｅ）の確率が、例えば、ビデオ信号内部で無視できる場所では、再生値を、ほとんど持たない又は全く持たないのに対し、階調の出現の確率が高い場所では、多くの再生点が指定される必要があると提案している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
画像符号化の目的が、入力画像を、最良の視覚品質で復元するためであると考えれば、従来技術のこれらの解決策の１つの重大な不便性は、これらは、人間の目の知覚応答に対する平均的な一致を生じるのみであることにある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、添付請求項１の前置部分において規定されているように、輝度値を持つ輝度成分を有し、空間表現を有するカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法及びエンコーダであって、復元された入力デジタルビデオ系列の視覚品質を、良いレート／歪みによって改善する方法及びエンコーダを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的を達成するために、前記方法の量子化ステップは、前記減少されたデータの集合を得るために、前記輝度成分の変換された輝度値の可視域に基づいて、適応可能な仕方で、輝度成分の量子化を実施する。
【００１３】
更に、エンコーダ内の量子化手段は、前記輝度成分の変換された輝度値の可視域に基づいて、適応的な仕方で、該輝度成分の量子化を実施する。
【００１４】
以下で更に詳細にわかるように、本発明は、標準的な観察条件の下で、人間の目は、所定領域内の一部の変換された輝度値を識別することができないという認識に基づいている。従って、この原則によって、前記量子化ステップは、人間の目の知覚特性、より詳細には、前記可視域に基づいて適応化される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の付加的なオブジェクト、フィーチャ及び利点は、添付図面を参照し、以下の詳細な記載を読むことによって明らかになるであろう。
【００１６】
以下の記載において、当業者によく知られている機能又は構成に関しては、不必要な詳細によって本発明を不明瞭なものとし得るので、詳細には記載しない。
【００１７】
本発明は、輝度値を持つ輝度成分を有する元のカラー画像系列に対応する入力デジタルビデオ系列を符号化する方法に関し、前記方法は、ビデオ通信システム内部のエンコーダにおいて特に使用される。前記システムは、いくつかのデジタルビデオ系列を受信する。
【００１８】
入力ビデオ系列を、伝送媒体を介して、効率的に伝送するために、前記エンコーダは、エンコードを適用する。ビットストリームとして知られる前記エンコードされた系列は、デコーダに送られ、該デコーダは、元のビデオ系列をデコードし、復元する。
【００１９】
空間表現データは、しばしば、当業者によく知られているＹＵＶ輝度・クロミナンス表現であって、輝度成分は、２５６階調で表現されていることに留意されたい。
【００２０】
このようなエンコーダは、
―  前記ビデオ系列を、元の空間表現ドメインから、変換された輝度値を有する少量の表現データに変換する変換手段、
―  表現データに対して量子化を実施し、こうして減少されたデータの集合を得る、量子化手段、及び
―  前記減少されたデータの集合を符号化するエンコード手段、
を有する。
【００２１】
入力デジタルビデオ系列は、以下のようにしてエンコードされる。
【００２２】
第１ステップ（１）においては、元の空間表現データ、即ちＹＵＶ輝度・クロミナンス表現は、例えば、周波数ドメインにおける、当業者によく知られているＤＣＴ変換によって又はメッシュ方法によって、少ない表現データに変換される。この表現データの少量化によって、輝度及びクロミナンス値は変換される。
【００２３】
輝度成分に関して更に詳細には、これによって、例えば、ＤＣＴ変換が使用され、該ＤＣＴ変換が画像系列のブロックに対して使用される場合、８ビット上で符号化された２５６階調のデータの集合を、対応するＤＣ及びＡＣ係数へ復元する。
【００２４】
ブロックのＤＣ係数とは、前記ブロックの輝度値の平均値である。従って、このＤＣ係数が、変換された輝度値を表す。ＤＣＴ変換以外の他の変換に関しても、同じことが言える。
【００２５】
知覚の研究によれば、標準的な観察条件の下で、人間の目は、小さい輝度変化（１から５階調）を識別することができないことが、既に示されている。
【００２６】
更に、出願人によって実施された知覚試験によれば、２５６階調（例えば、０から２５５まで）を含む輝度成分に関して、人間の目は、輝度範囲［１３０；２５５］における輝度変化よりも、輝度範囲［７０；１３０］内の輝度変化に敏感であることが、示されている。後者の範囲は、可視域と呼ばれる。
【００２７】
人間の目によって正確に知覚されることのできる輝度値、及び変換された輝度値は、それぞれ、関連する値（ｒｅｌｅｖａｎｔ  ｖａｌｕｅ）、及び関連する変換された値と呼ばれるのに対し、他方は、それぞれ、非関連の値（ｎｏｎ−ｒｅｌｅｖａｎｔ  ｖａｌｕｅ）、及び非関連の変換された値と呼ばれる。
【００２８】
従って、第２ステップ（２）において、量子化は、減少されたデータの集合に対して実施され、更に詳細には、量子化は、輝度成分の変換された輝度値に対して実施される、これは、上述の知覚特性に従うものである。
【００２９】
第１の非制限的な実施例によれば、前記量子化ステップは、輝度成分に対する量子化を、従来技術における上述したような、ビデオ系列内の変換された輝度値の出現の確率を計算することによって実施するが、最も重みのある確率は、まず、可視域内にある変換された輝度値に適用される。従って、可視域内の変換された輝度値は、共通の確率計算が適用されているのみである場合よりも、人間の目に関してより適切な態様で考慮に入れられる。最終的には、少ない表現データは、前記出現の確率に従って、減少されたデータの集合に変換される、
【００３０】
第２の好適実施例によれば、前記量子化ステップは、可視域内の変換された輝度値に、細かい量子化点を適用することによって、輝度成分に対する量子化を実施するのに対し、前記領域外では、変換された輝度値に関して、粗い量子化点が使用される。
【００３１】
図１において示されている例では、輝度成分に関してＮの変換された輝度値があり、Ｍ点が、量子化に使用されている。
【００３２】
可視域が［α、β］である場合、Ｋ量子化点Ｋ０からＫ８が、この領域内の変換された輝度値の量子化を実施するのに使用される。１量子化点が、変換された輝度値の１つに割り当てられるか、又は、例えば、１量子化点が、変換された輝度値の非常に小さい集合、例えば、変換された輝度値の２つに割り当てられるかのいずれかである。
【００３３】
これらのＫ点は、輝度成分のダイナミックレンジが変更されないままにするか否かによって、対応する変換された輝度値の正確な同一の値を有することができる。前記例においては、α＝７０、及びβ＝１３０である。
【００３４】
可視域の外側、即ち領域［０、α］内、及び領域［β、Ｎ−１］内では、Ｌの量子化点が、間隔ごとに、変換された輝度値の量子化を実施するのに使用される。例えば、変換された輝度値が、０から１５である場合、１量子化ポイントＬ０がこの間隔に割り当てられる。１５から３０には、第２量子化ポイントＬ１が割り当てられる、等である。従って、可視域の外側においては、量子化は非常に粗い。非関連の輝度の変換された値は、劣化しているが、人間の目には、少しの違いもわからない。
【００３５】
従って、可視域の外側の固有の量子化点は、変換された輝度値の大きいクラスタに割り当てられるのに対し、量子化点は、可視域内にある変換された輝度値の１つ又は小さいクラスタに割り当てられる。可視域内のこのようなクラスタは、可視域の外側のクラスタよりも、はるかに少ない、変換された輝度値を有する。
【００３６】
従って、輝度成分の量子化は、変換された輝度値の全てに対して一様ではなく、第１の細かい量子化が輝度値の所定領域に関して実施され、第２の粗い量子化が、輝度値の他方の領域に関して実施されるので、適応的な仕方で実行されている。
【００３７】
最後のステップにおいて、前記量子化表現によって得られる減少されたデータは、例えば、当業者に良く知られている可変ランレングス符号化によって、符号化され、該可変ランレングス符号化は、いくつかの記号を、量子化が実施された値のいくつかの系列に関連付けることにある。
【００３８】
デコーダ側では、デコードが、上述した前記量子化点を考慮に入れて、元の画像を復元するために実行される。人間の目には、得られる出力画像と元の画像との間の大きい歪みはわからない。
【００３９】
従って、本発明の１つの利点は、レート／歪みを改善することにあり、同一のビット供給に関して従来技術よりも多くの情報をエンコードすることによって、又は非常に少ないビットに関して少ない情報に関してであるが該エンコードにおいていかなる品質も損失せずにエンコードすることによって、改善する。実際に、細かい量子化が、関連する輝度の変換された値の全てにおいて実施されるので、画質は、低くない。更に、前記画像の新しい表現は、復元されたビデオ信号が、人間の観測者の視覚能力と完全に整合するように、選択されている。
【００４０】
本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、変更及び変型が、添付請求項に規定されている本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、実行されることができることを理解されたい。この点において、以下の結びの注意事項が記載されている。
【００４１】
本発明による上述の量子化ステップは、空間表現の輝度値に対して直接的に適用されることもできることに留意されたい。しかし、特に、ビデオアプリケーションに関しては、常に圧縮が存在し、変換された輝度値のみ以外には、大抵、直接的に適用されない。
【００４２】
本発明は、前述のビデオアプリケーションに限定されるものではないことを理解されたい。これは、最終消費者が人間の目であるデジタルビデオ系列を符号化するシステムを使用するいかなるアプリケーションにおいても使用されることができ、該アプリケーションは、例えば、デジタル映画、ＨＤＴＶ、並びに科学画像の伝送及び視覚化を含むアプリケーションである。画像符号化は、人間の観測者の視覚能力と整合するように設計されるべきである。
【００４３】
本発明による方法は、前述の実施に限定されるものではないと理解されたい。
【００４４】
ハードウェア又はソフトウェアの単一のアイテムによっていくつかの機能を実行することができるのであれば、ハードウェア若しくはソフトウェア、又は両方のアイテムによって、本発明による方法の機能を実施する多数の態様がある。これは、ハードウェア若しくはソフトウェア、又は両方のアイテムの集合体が、１つの機能を実行し、このように、本発明によってビデオ信号を符号化する方法を変形することなく、単一の機能を形成することを排除するものではない。
【００４５】
前記ハードウェア又はソフトウェアの項目は、例えば、有線の電子回路によって、又は適当にプログラムされた集積回路によって、様々な態様で実施されることができる。前記集積回路は、コンピュータ内又はエンコーダ内に組み込まれ得る。第２の場合において、前記エンコーダは、上述したように、変換手段及び量子化手段を有し、前記手段は、前述したハードウェア又はソフトウェアの項目である。
【００４６】
前記集積回路は、命令の集合を含む。従って、例えば、コンピュータプログラムメモリ内、又はエンコーダメモリ内に含まれている前記命令の集合は、該コンピュータ又は該エンコーダに、デコード方法の様々なステップを実行させることができる。
【００４７】
前記命令の集合は、例えばフロッピーディスクのようなデータ記憶媒体を読むことによって、前記プログラムメモリにロードされることができる。サービス供給者は、前記命令の集合を、例えばインターネットのような通信ネットワークを介して、利用可能にすることができる。
【００４８】
添付請求項におけるいかなる符号も、該請求項を限定するものとして解釈してはならない。「有する」という語の使用は、請求項に記載されていないステップ又は構成要素の存在を排除するものではない。単数形の構成要素又はステップは、複数のこのような構成要素又はステップを排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】図１は、本発明によるエンコーダによって、可視域の内側又は外側の変換された輝度値に対する量子化が、どのように実施されるかを示している。
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【国際調査報告】
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