杉山 賢二

動画像フォーマットとしてフレーム単位でR,G,Bを切り替えるシーケンシャルカラー方式が提案されている。これは非圧縮情報量が4:2:2の半分でありながら、適正な色補間により4:4:4と同等の画質を得ることができる。この方式を実用化するためには、欠落色プレーンを補完し、完全なRGB画像へ変換することが重要である。そのためには、他フレームの色プレーンを動き補償補間するのが有効である。しかし、シーケンシャルカラーは、フレーム単位で色プレーンが変化するので、従来の動き推定及び動き補償補間をそのまま使うことができない。そこで、前後フレームからの適応型補間手法について検討する。さらに同色間処理のほかに輪郭画像を用いる動き推定手法も提案する。それらにより通常の画像では良好な変換画像が得られることを示す。

動画像フォーマットとしてフレーム単位でR,G,Bを切り替えるシーケンシャルカラー方式が提案されている。これは非圧縮情報量が4:2:2の半分でありながら、適正な色補間により4:4:4と同等の画質を得ることができる。この方式を実用化するためには、効率の良い符号化方法が重要である。そのため、まず輝度色差Y,Cb,Cr符号化とR,G,B直接符号化を比較し、両者の符号化効率と再生画像の画質の違いを比較する。一方、R,G,Bを直接符号化すると、視覚特性に応じた制御が容易でないと考えられてきた。そこでRGB量子化バランスと画質の関係について調べ、最適なバランスを探る。さらに、量子化誤差を他色プレーンに拡散することで、輝度成分のPSNRを向上させ、主観画質を高める手法についても検討する。

動画像フォーマットとしてフレーム単位でR,G,Bを切り替えるシーケンシャルカラー方式が提案されている。これは非圧縮情報量が4:2:2の半分でありながら、適正な色補間により4:4:4と同等の画質を得ることができる。この方式を実用化するためには、欠落色プレーンを補完し、完全なRGB画像へ変換することが重要である。そのためには、他フレームの色プレーンを動き補償補間するのが有効である。そのためには他フレームの同色プレーンを動き補償補間するが、画像変化が激しい場合、適切な補間ができない。そこで、動き補償によらないカラー推定について検討した。1色が欠落した場合には、参照画像の色空間において最も確からしい値を既存2色より予測する。2色が欠落した場合には、各プレーンの領域分割を行い、参照画像の間で類似領域を推定し、領域ごとに色を予測する。

現在の動画像フォーマットは輝度色差で、4:2:0または4:2:2フォーマットが使われている。しかし、これらは画質的には最適でなく、特にインタレース走査の4:2:0では高彩度部分での輝度成分の劣化が大きい。一方、動き補償画像間処理が容易になった今日、同一フレーム内に全色成分を持つ必要性は低い。これらを踏まえ、フレーム単位でR,G,Bを順次切り替えるシーケンシャルカラー方式を提案した。これは非圧縮情報量が4:2:2の半分でありながら、適正な色補間により4:4:4と同等の画質を得ることができる。また、この方式を撮像に応用した場合、単一撮像素子で3板型と同様な解像度が得られるのみでなく、光学ロスや画素ずれも無い。さらに、圧縮伝送に応用した場合、被符号化プレーンはフレームあたりひとつだけであり、高能率が期待できる。

In the many kinds of video system, it is desired that the picture quality is controlled to provide the better picture. For this purpose, an objective picture quality estimation method without the reference picture is required. To respond this, a spatial blur estimation using DCT is proposed.

動画像の画像間予測符号化では、参照画像に局部復号画像を用いるのが原則である。これは、復号化側での参照画像に合わせるためであるが、復号画像には量子化誤差が含まれるため、予測残差符号化でその成分も符号化することになる。一方、参照画像に原画像を用いた場合、復号化側とのミスマッチにより歪が増加するが、参照画像に含まれる量子化誤差成分を符号化しないで済むので、必ずしも符号化効率は悪くならない。原画像が良いか局部復号画像が良いかは、画像と量子化の関係に依存する。そこで、マクロブロック単位で局部復号画像と原画像を効率比較し、レート対歪み特性を最適化することで符号化効率を改善できる可能性がある。この考えは、すべての画像間予測符号化に適用可能であるが、今回はMPEG-4 Main Profileで実験を行った、実験によりすべての画像で僅かながら改善が可能で、画像によりPSNRで0.2dB程度向上できた。

MPEGなどの動画像符号化で必要なIピクチャは符号量が多く,符号化効率の改善が望まれている.そこで,フレーム間処理で量子化誤差を軽減する処理をIピクチャに適用する手法を提案する.処理制御方法及びパラメータについて検討し,実験結果から画像全体でPSNRを最大1.6dBほど改善できた.

画像符号化では、ブロック単位の動き補償や離散コサイン変換(DCT)により、再生画像にブロック歪やモスキートノイズと呼ばれる符号化固有の劣化が表れる。このような歪は復号化後の後処理で軽減できるが、そのためには符号化でのブロック位置が特定される必要がある。しかし、符号化で用いられる画像フォーマットはサブフォーマットを含めて複数あり、ディスプレイで受け取る画像は、フォーマット変換が施されている場合が多い。その場合、ブロック位置が特定できず後処理が困難であった。そこで、先に報告したブロック歪量検出手法を応用し、画素値の不連続性から符号化ブロックの位置を検出し、符号化での画像フォーマットを特定する手法を提案する。実験はMPEG-4符号化画像を対象としたが、元となるブロック歪検出が高感度なため、Q_scale=3など主観的には歪が分らない程度でも適切なブロック位置検出が出来ることを確認した。

動画像符号化において、H.264(MPEG-4AVC)は高能率な標準方式として使われている。そこではレート歪最適化に基づく符号化制御と画像間予測の改善により高いPSNRが得られる。一方、符号化再生画像の主観画質が重要視されているが、MPEG-2,4と比較して4x4DCTを基本とするH.264では、視覚空間周波数特性の考慮が行い難い。そこで、符号化の前後フィルタで視覚特性制御を行う手法を提案する。主観画質で均一になるように画像自体をフィルタリングし、その画像に対してレート歪最適化で符号化復号化を行い、再生画像に対して逆特性のフィルタリングを施すことで主観画質を制御する。さらに、画像部分に対する視覚感度の違い対応し、画像のブロックアクティビティによりフィルタを切り替える。JM13を用いて量子化は一定で符号化実験を行い、主観画質が改善できることを確認した。

復号化後の画像におけるブロックひずみ量の評価は,ひずみ軽減フィルタの制御などのため重要である.評価手法はいくつか提案されているが,符号化前の参照画像が必要であるか,ひずみ量を相対値としてしか評価できないなどの問題がある.本論文では,参照画像を必要とすることなく,ひずみ量を絶対値として評価できる手法を提案する.具体的にはブロック境界部分の隣接画素差とブロック内部の隣接画素差の比をとることによりブロックひずみ量を検出する.実験は,符号化の量子化を変化させひずみ量を徐々に増やした画像に対して評価を行い,提案手法の評価結果が適切なことを確認する.

放送通信と同様に蓄積媒体の動画像信号記録にも高能率符号化が用いられている.符号化方式としては,現在MPEG-2が最も広く使われており,符号化処理の改善が試みられている.より高能率を目指したMPEG-4では,最近Advanced Simple Profileが標準化され,現在Part 10 (H.264)が検討されている.また米国を中心に独自規格も出ており,ネットワークのみならず蓄積媒体にも使われようとしている.これらの動向と技術内容については最新のPart 10を中心に解説し,新しい符号化の研究動向も紹介する.一方,放送及び業務用機器ではフレーム編集の必要性からフレーム内符号化が一般的であり,その改良も試みられている.ストリーム記録においては変換符号化が行われる可能性が高くなってきている.

動画像フォーマットとして飛越し走査と順次走査が混在しつつある.そこで, 供給画像として順次走査画像と飛越し走査画像の両方が使え, 再生画像は飛越し走査とする動画像伝送システムを提案してきた.そこでは画像間予測処理の参照画像となるI及びPピクチャーのみを順次走査とし, Bピクチャーは飛越し走査としている.本報告では, この手法で符号化された動画像符号列を復号化し, 順次走査画像を得る復号化手法を検討し, 予測残差信号をマクロブロック内で上下から補間するのみで良好な順次走査再生が可能なことを示す.符号化実験により, 単純な順次走査での符号化や飛越し走査復号後に順次走査変換を行うより再生画質でも有利なことを示す.

ディジタル放送では, 動画像フォーマットとして飛越し走査のほかに順次走査画像も用いられる.一方, 広く普及している受像機は飛越し走査であり, HDTVの場合も飛越し走査が多い.そこで, 供給画像として順次走査画像と飛越し走査画像の両方が使え, 再生画像は飛越し走査とする動画像伝送システムを提案する.本報告では, 飛越し走査画像に対する符号化方式として, 画像間予測処理の参照画像となるP(I)ピクチャーのみを順次走査に変換して, すべての画像間処理を順次走査で行う符号化手法を検討する.MPEG-2の順次走査符号化に上記手法を適用し, 飛越し走査画像を直接符号化する従来方法より有利なことを示す.

Many TV broadcasters now use a progressive scanning format and an HDTV system to produce programs. However, standard TV receivers are still used in most homes. We have thus developed a broadcast system that uses the 480 p format for the source picture and the 480 i format for the receiver. We use progressive scanning coding because of its coding efficiency and room for improvement. The B-picture is not used as a prediction reference ; we use only the interlaced scanning lines in the B-picture to remove redundant information. We use 8 x 4 DCT instead of 8 x 8 DCT for coding the residual to realize this method. Experimental results showed that the proposed coding scheme performs better than other coding schemes such as two kinds of interlaced scanning coding and progressive scanning coding in MPEG-2.

In TV stations, progressive scanning and HDTV system are used recently. However, standard TV receiver is still used mainly at home. We suppose a broadcast system which use 480p format at source picture and 480i format at receiver. At first, we discuss about suitable coding for the supposed system, and show that progressive picture coding has advantages. Then, we propose efficient method that reject redundant of picture information for 480i picture decoding. Finally, we compare the efficiency of proposed method to MPEG-2 interlaced picture coding.