彩色图像编码装置、彩色图像解码装置、彩色图像编码方法以及彩色图像解码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高效进行彩色动态图像的编码的彩色图像编码装置和彩色图像编码 方法、以及对高效编码后的彩色动态图像进行解码的彩色图像解码装置和彩色图像解码方 法。
【背景技术】
[0002] 例如，在下面的非专利文献1中记载的现有的彩色图像编码装置中，将输入的彩 色图像分割为规定大小的最大编码块，并进一步将最大编码块分层分割为更细小的编码 块。
[0003] 并且，通过将该编码块进一步分割为更细小的预测块，实施针对该预测块的画面 内预测和/或运动补偿预测，由此生成预测误差。
[0004] 并且，在编码块内将该预测误差分层地分割为变换块，对各自的变换系数进行熵 编码，由此达成较高的压缩率。
[0005] 在现有的彩色图像编码装置中，当进行YUV4:2:0信号的编码的情况下，通过将色 差信号的编码块、预测块以及变换块的块分割信息设为与亮度信号相同，从而无需对色差 信号的变换块尺寸涉及的信息进行编码，提高了色差信号的编码效率。
[0006] 此时，关于色差信号的分割对象块的尺寸，除了为可取的最小块尺寸而无法再被 分割的情况以外，色差信号的块尺寸在纵横方向上均成为亮度信号的块尺寸的一半的尺 寸。
[0007] 在先技术文献
[0008] 非专利文献
[0009] 非专利文献 I :B. Bross，W. -J. Han，J. -R. Ohm，G. J. Sullivan，Y. -K. Wang and T.Wiegand，"High Efficiency Video Coding (HEVC) text specification draft 10(for FDIS&Consent) doc. JCTVC-L1003, Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)of ITU-T SG16 WP3 and IS0/IEC JTC1/SC29/WG11,12th Meeting,2013
【发明内容】
[0010] 发明要解决的课题
[0011] 现有的彩色图像编码装置按照如上所述构成，因此，在彩色图像的信号格式为 YUV4:2:0时色差信号的帧内预测处理中使用的预测模式是与亮度信号的帧内预测处理中 使用的预测模式相同的亮度色差公共内部（Intra)预测模式（DM模式）的情况下，如图25 所示，如果亮度信号的预测模式是方向性预测，则色差信号也进行与亮度信号相同的预测 方向（角度）的方向性预测即可。但是，在彩色图像的信号格式为YUV4:2:2的情况下，色差 信号成为只有水平方向的像素被间疏（間引 <)为亮度信号的一半的像素数后的信号，因 此如图26所示，当以与亮度信号相同的预测方向（角度）进行色差信号的方向性预测时， 在认为是对水平方向的像素进行间疏前的色差信号的情况下，存在预测方向不同于亮度信 号的预测方向，色差信号的预测效率降低的问题。
[0012] 本发明正是为了解决上述这样的问题而提出的，其目的在于，得到一种即使在彩 色图像的信号格式为YUV4:2:2的情况下，也不会导致色差信号的预测效率的降低且能够 提高编码效率的彩色图像编码装置以及彩色图像编码方法。
[0013] 并且，本发明的目的还在于，得到一种能够准确地由编码效率得到改善的编码数 据解码出图像的彩色图像解码装置以及彩色图像解码方法。
[0014] 用于解决课题的手段
[0015] 本发明的彩色图像编码装置在彩色图像的信号格式为YUV4:2:2的情况下，内部 预测单元变换示出针对亮度信号的内部预测模式的索引，以变换后的索引所示的内部预测 模式，实施色差信号的帧内预测处理。
[0016] 发明效果
[0017] 根据本发明，构成为在彩色图像的信号格式为YUV4:2:2的情况下，内部预测单 元变换示出针对亮度信号的内部预测模式的索引，以变换后的索引所示的内部预测模 式，实施色差信号的帧内预测处理，因此具有如下的效果：即使在彩色图像的信号格式为 YUV4:2:2的情况下，也不会导致色差信号的预测效率的降低且能够提高编码效率。
【附图说明】
[0018] 图1是示出本发明的实施方式1的彩色图像编码装置的结构图。
[0019] 图2是示出本发明的实施方式1的彩色图像编码装置的处理内容（图像编码方 法）的流程图。
[0020] 图3是示出本发明的实施方式1的彩色图像解码装置的结构图。
[0021] 图4是示出本发明的实施方式1的彩色图像解码装置的处理内容（图像解码方 法）的流程图。
[0022] 图5是示出最大编码块被分层地分割为多个编码块的示例的说明图。
[0023] 图6的（a)是示出分割后的编码块以及预测块的分布的说明图，（b)是示出通过 分层分割来分配编码模式m (Bn)的情况的说明图。
[0024] 图7是示出编码块Bn内的各预测块P ^可选择的内部预测模式的一例的说明图。
[0025] 图8是示出在I1"= Hi1"= 4的情况下生成预测图像生成块内的像素的预测值时使 用的像素的一例的说明图。
[0026] 图9是示出以预测图像生成块内的左上像素为原点的相对坐标的说明图。
[0027] 图10是示出量化矩阵的一例的说明图。
[0028] 图11是示出本发明的实施方式1的在彩色图像编码装置的环路滤波部中使用多 个环路滤波处理的情况下的结构例的说明图。
[0029] 图12是示出本发明的实施方式1的在彩色图像解码装置的环路滤波部中使用多 个环路滤波处理的情况下的结构例的说明图。
[0030] 图13是示出编码比特流的一例的说明图。
[0031] 图14是示出像素自适应偏移处理的类别分类方法的索引的说明图。
[0032] 图15是示出16X 16像素尺寸的正交变换中的变换系数的编码顺序的说明图。
[0033] 图16是示出16X 16像素尺寸的正交变换中的变换系数的分布的一例的说明图。
[0034] 图17是示出平均值预测时的滤波处理的滤波器切换区域的说明图。
[0035] 图18是示出平均值预测时的滤波处理的参照像素配置的说明图。
[0036] 图19是示出场编码时对内部预测图像的滤波处理的说明图。
[0037] 图20是示出实施YUV4:2:0格式的信号中的亮度信号以及色差信号的压缩处理时 的变换块尺寸的说明图。
[0038] 图21是示出实施YUV4:2:2格式的信号中的亮度信号以及色差信号的压缩处理时 的变换块尺寸的说明图。
[0039] 图22是示出实施YUV4:4:4格式的信号中的亮度信号以及色差信号的压缩处理时 的变换块尺寸的说明图。
[0040] 图23是示出色差信号的内部预测参数与色差内部预测模式的对应示例的说明 图。
[0041] 图24是示出不使用LM模式的情况下的色差信号的内部预测参数与色差内部预测 模式的对应示例的说明图。
[0042] 图25是示出在YUV4:2:0格式的信号中亮度信号和色差信号使用相同的方向性预 测的情况的说明图。
[0043] 图26是示出在YUV4:2:2格式的信号中亮度信号和色差信号使用相同的方向性预 测的情况的说明图。
[0044] 图27是示出YUV4:4:4格式与YUV4:2:2格式之间的关系的说明图。
[0045] 图28是示出与在YUV4:4:4格式的信号中亮度信号和色差信号使用相同的方向性 预测等效的、YUV4:2:2格式下的方向性预测的示例的说明图。
[0046] 图29是示出YUV4:2:2格式的信号的方向性预测的预测方向矢量的说明图。
[0047] 图30是示出方向性预测与角度之间的关系的说明图。
[0048] 图31是示出在YUV4:2:2格式的信号中亮度信号的内部预测模式索引与色差信号 的内部预测模式索引之间的关系的说明图。
[0049] 图32是示出内部预测模式索引与tan Θ之间的关系的说明图。
【具体实施方式】
[0050] 下面，为了更加详细地说明本发明，按照附图对用于实施本发明的实施方式进行 说明。
[0051] 实施方式1
[0052] 图1是示出本发明的实施方式1的彩色图像编码装置的结构图。
[0053] 被该实施方式1的彩色图像编码装置作为处理对象的视频信号是视频帧由水平/ 垂直的二维数字采样（像素）串构成的任意的视频信号，包含由亮度信号和2个色差信号 构成的YUV信号、从数字摄像元件输出的RGB信号等任意颜色空间的彩色视频信号、单色图 像信号、红外线图像信号等。
[0054] 各像素的灰度可以是8位，也可以是10位、12位等的灰度。
[0055] 并且，由于静态图像信号能够被解释为仅由1帧构成的视频信号，因此当然输入 信号也可以不是视频信号而是静态图像信号。
[0056] 在下面的说明中，为了方便起见，在没有特别指定的情况下，设输入的视频信号是 如下格式的信号：相对于亮度成分Y，2个色差成分U、V在纵横方向上均被子米样为1/2的 YUV4:2:0格式；相对于亮度成分Y，2个色差成分U、V在横向上被子采样为1/2的YUV4:2:2 格式；或者2个色差成分U、V与亮度成分Y采样数相同的YUV4:4:4格式。并且，关于由红 色（R)、绿色（G)、蓝色（B)这三原色的信号构成的RGB4:4:4格式的信号，将各个信号视为 YUV4:4:4格式的信号而进行与YUV4:4:4格式相同的编码。但是，关于RGB4:4:4格式的各 信号（RGB)如何与YUV4:4:4格式的各信号（YUV)对应并不作限定（可以任意设定）。
[0057] 另外，将与视频的各帧对应的处理数据单位称为"图片（picture) "，在该实施方式 1中，"图片"作为被依次扫描（图像顺序扫描（progressive scan))的视频帧的信号进行 说明。但是，在视频信号为隔行（interlace)信号的情况下，"图片"也可以是作为构成视频 帧的单位的场（field)图像信号。
[0058] 在图1中，片分割部14在输入视频信号作为输入图像时，实施依照由编码控制部 2决定的片分割信息将该输入图像分割为一个以上的被称为"片（slice) "的部分图像的处 理。片的分割单位能够细小至后文叙述的编码块单位。
[0059] 每当输入由片分割部14分割得到的片时，块分割部1实施如下处理：将该片分割 为由编码控制部2决定的最大尺寸的编码块即最大编码块，并且将该最大编码块分层分割 为各个编码块，直至达到由编码控制部2决定出的上限层数。
[0060] 即，块分割部1实施根据由编码控制部2决定的分割将片分割为各个编码块并输 出该编码块的处理。并且，各个编码块被分割为作为预测处理单位的一个或多个预测块。
[0061] 编码控制部2实施如下处理：决定作为实施编码处理时的处理单位的编码块的最 大尺寸，并且决定分层分割最大尺寸的编码块时的上限分层数，由此决定各个编码块的尺 寸。
[0062] 另外，编码控制部2实施从可选择的一个以上的编码模式（表示预测处理单位的 预测块的尺寸等不同的一个以上的内部编码模式、预测块的尺寸等不同的一个以上的帧间 (Inter)编码模式）中选择适用于从块分割部1输出的编码块的编码模式的处理。作为选 择方法的例子，有从可选择的一个以上的编码模式中选择对从块分割部1输出的编码块的 编码效率最高的编码模式的方法。
[0063] 另外，编码控制部2实施如下处理：在编码效率最高的编码模式是内部编码模式 的情况下，按照每个预测块决定以该内部编码模式对编码块实施内部预测处理时使用的内 部预测参数，其中，该预测块是上述内部编码模式所示的预测处理单位；在编码效率最高的 编码模式是帧间编码模式的情况下，按照每个预测块决定以该帧间编码模式对编码块实施 帧间预测处理时使用的帧间预测参数，其中，该预测块是上述帧间编码模式所示的预测处 理单位。
[0064] 另外，编码控制部2实施决定提供给变换/量化部7以及逆量化/逆变换部8的 预测差分编码参数的处理。预测差分编码参数包含表示编码块中的成为正交变换处理单位 的变换块的分割信息的变换块分割信息、规定进行变换系数量化时的量化步阶大小的量化 参数等。
[0065] 在此，图20是示出实施YUV4:2:0格式的信号中的亮度信号以及色差信号的压缩 处理（变换处理、量化处理）时的变换块尺寸的说明图。
[0066] 如图20所示，变换块尺寸由以四叉树（Quadtree)状对编码块进行分层分割的情 况来决定。
[0067] 例如，根据在分割变换块的情况下和不分割变换块的情况下的编码量、考虑到编 码误差的评价尺度等，来决定是否分割变换块以使评价值最小，由此能够从编码量和编码 误差折衷的观点出发来决定最佳的变换块的分割形状。
[0068] 关于亮度信号，例如，如图20所示，构成为编码块被分层分割为一个或多个正方 形的变换块。
[0069] 关于色差信号，如图20所示，在输入信号格式为YUV4:2:0信号的情况下，与亮度 信号同样地，构成为编码块被分层分割为一个或多个正方形的变换块。
[0070] 在该情况下，色差信号的变换块尺寸在纵横方向上均为对应的亮度信号的变换块 的一半的尺寸。
[0071] 如图21所示，在输入信号格式为YUV4:2:2信号的情况下，进行与亮度信号同样的 四叉树状的分层分割。并且，分割后的块的形状成为垂直方向的像素数为水平方向的像素 数的2倍的长方形，因此通过进一步在上下方向上对分割后的块一分为二，成为由2个与 YUV4:2:0信号的色差信号相同块尺寸（纵横方向上均为亮度信号的变换块的一半的尺寸） 的变换块构成。
[0072] 另外，如图22所不，在输入信号格式为YUV4:4:4信号的情况下，色差信号的变换 块始终进行与亮度信号的变换块同样的分割，构成为相同尺寸的变换块。
[0073] 亮度信号的变换块的分割信息例如作为表示是否按照每层进行分割的变换块分 割标志输出给可变长度编码部13。
[0074] 切换开关3实施如下处理：如果由编码控制部2决定的编码模式为内部编码模式， 则将从块分割部1输出的编码块输出给内部预测部4,如果由编码控制部2决定的编码模式 为帧间编码模式，则将从块分割部1输出的编码块输出给运动补偿预测部5。
[0075] 内部预测部4实施如下处理：在编码控制部2选择内部编码模式作为与从切换开 关3输出的编码块对应的编码模式的情况下，参照存储在内部预测用存储器10中的局域解 码图像，实施利用由编码控制部2决定的内部预测参数的内部预测处理（帧内预测处理）， 生成内部预测图像。另外，内部预测部4构成内部预测单元。
[0076] 即，内部预测部4对于亮度信号实施使用亮度信号的内部预测参数的内部预测处 理（帧内预测处理），生成亮度信号的预测图像。
[0077] 另一方面，对于色差信号，在色差信号的内部预测参数示出使用与针对亮度信号 的内部预测模式相同的预测模式的情况下（内部预测参数示出亮度色差公共内部预测模 式（DM模式）的情况下），实施与亮度信号相同的帧内预测，生成色差信号的预测图像。
[0078] 另外，在色差信号的内部预测参数示出垂直方向预测模式或水平方向预测模式的 情况下，实施针对色差信号的方向性预测，生成色差信号的预测图像。
[0079] 另外，在色差信号的内部预测参数示出利用与亮度的相关性的色差信号预测模 式（LM模式）的情况下，使用与预测图像的生成对象块的上侧和左侧相邻的多个像素的亮 度信号和色差信号，计算示出亮度信号与色差信号之间的相关性的相关性参数，使用该相 关性参数和与作为预测处理对象的色差信号的块对应的亮度信号，生成色差信号的预测图 像。
[0080] 另外，也可以构成为：在输入信号格式为YUV4:4:4信号的情况下，实施上述DM模 式或者上述LM模式的处理而不选择其它预测模式。
[0081] 在YUV4:4:4信号的情况下，亮度信号的边缘位置与色差信号的边缘位置之间存 在较高的相关性关系，因此禁止对色差信号应用与亮度信号不同的预测模式，由此能够削 减该色差信号的内部预测模式的信息量，提高编码效率。
[0082] 另外，在输入信号格式为YUV4:2:2信号的情况下，如图27所示，如果亮度信号为 正方形的块，则色差信号成为与亮度信号相比水平方向的像素数为亮度信号的1/2的长方 形的块。因此，如图28所示，在将YUV4:4:4信号变换为YUV4:2:2信号时，为了使亮度信号 和色差信号成为同一方向的预测，在垂直方向预测和水平方向预测以外的方向性预测的情 况下，使YUV4:2:2信号的色差信号的预测方向不同于亮度信号的预测方向。
[0083] 具体而言，如图29所示，在设亮度信号的预测方向矢量为\= (dx μ dyj的情况 下，色差信号的预测方向矢量为Vc= (dxy2，dyj。即，如图30所示，在设预测方向的角度 为Θ的情况下，设亮度信号的预测方向的角度为Θ p色差信号的预测方向的角度为θε，则 需要在满足tan Θ2tan Θ ^的关系的预测方向上进行预测。
[0084] 因此，在输入信号格式为YUV4:2:2信号的情况下，当实施上述DM模式时，将用于 亮度信号的内部预测模式的索引变换为用于预测色差信号的内部预测模式的索引，基于与 变换后的索引对应的内部预测模式，实施色差信号的预测处理。具体而言，可以构成为准备 索引的变换表，参照该变换表来变换索引，也可以构成为预先准备变换式，依照该变换式来 变换索引。
[0085] 通过这样构成，对方向性预测处理自身不进行变更而仅变换索引，即能够实施与 YUV4:2:2信号的格式对应的色差信号的适当预测。
[0086] 运动补偿预测部5实