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サンプル適応オフセット決定装置

国内特許コード	P180014968
整理番号	1851
掲載日	2018年5月23日
出願番号	特願2016-195958
公開番号	特開2018-061094
出願日	平成28年10月3日(2016.10.3)
公開日	平成30年4月12日(2018.4.12)
発明者	木村晋二吉村猛後藤敏周剣斌周大江
出願人	学校法人早稲田大学
発明の名称	サンプル適応オフセット決定装置
発明の概要	【課題】面積効率が高く低消費電力を実現可能なサンプル適応オフセット（ＳＡＯ）決定装置の提供。【解決手段】ＳＡＯ補正処理のための各ＣＴＢに対するＳＡＯの分類及びオフセット値集合を決定するＳＡＯ決定装置であって、統計量収集（ＳＣ）モジュールと、パラメータ決定（ＰＤ）モジュールとを備え、ＳＣモジュールは、高速動作周波数ｆ_０の高速クロックにより作動するよう構成し、ＰＤモジュールは、高速クロックをＭ分周した低速動作周波数ｆ_０／Ｍの低速クロックにより作動するように構成した。これにより、ＳＣモジュールとＰＤモジュールとの間の極めて不均一なデータフローが緩和され、装置全体のスループットが向上し、また高速クロックをＭ分周して低速クロックを生成することで、各クロックの立ち上がりエッジを同期させるための回路を必要とせず、ハードウェアコストが削減される。【選択図】図２
従来技術、競合技術の概要	近年、１０８０ｐ高精細（ＨＤ）及び４Ｋ（解像度３８４０×２１６０）ウルトラＨＤ（ＵＨＤ）が映像アプリケーションに於いては主流である。そして、次世代の映像アプリケーションに於いては、８ＫＵＨＤ（解像度７６８０×４３２０）／１２０ｆｐｓ（フレーム毎秒）の研究・開発が行われており、これに対する映像符号化規格としてＩＴＵ－Ｔ勧告のＨ．２６５／ＨＥＶＣ（以下「ＨＥＶＣ」という。）が策定されている。ＨＥＶＣにおいては、ループ内フィルタ（in-loop filter：ＩＬＦ）として、ブロックノイズを低減するためのデブロッキング・フィルタ（deblocking filter：ＤＢＦ）とモスキートノイズ及び直流成分誤差を低減するためのサンプル適応オフセット（sample adaptive offset：ＳＡＯ）とが採用された。ＳＡＯのＶＬＳＩアーキテクチャ設計は、復号器（デコーダ）に於いては計算複雑性が低いため、然程困難ではない。然し乍ら、符号化器（エンコーダ）においては、特にＨＥＶＣに対応して低消費電力で且つ小実装面積となるように、リアルタイム処理に適したＳＡＯのハードウェア設計を行うことは難しい技術課題である。ＳＡＯは、ＨＥＶＣにおいて新たに追加された新しいＩＬＦであるため、特にここ３年の間に多くの研究がなされている。これらの研究のうちの幾つかは、アルゴリズムをより高速化し、又はハードウェアとの親和性を高めるためにアルゴリズムを改良することを目的としている。非特許文献１，２では、イントラ予測とＳＡＯとの関係について検討がされており、エッジ・オフセット（Edge Offset：ＥＯ）のタイプ数を削減して符号化時間を更に削減するため、ＥＯタイプを予測するためにイントラ予測モードを用いることが記載されている。非特許文献３には、幾つかのＳＡＯアルゴリズムが記載されており、それらの間での性能の比較が行われている。非特許文献４には、ＤＢＦにおけるデブロック強度（デブロックをかける強度）に基づくＳＡＯカテゴリ決定方法が記載されている。非特許文献５には、クラス結合、事前決定及び結合分離カテゴリに基づくＳＡＯの低複雑度アルゴリズムが記載されている。また、幾つかの文献では、符号化器のためのリアルタイムＶＬＳＩアーキテクチャの実装に関する技術が開示されている。非特許文献６では、ＳＡＯでの統計収集のためのアーキテクチャが開示されている。非特許文献７では、ＳＡＯにおけるパラメータ決定に関するアーキテクチャが開示されている。非特許文献８では、統計収集とパラメータ決定を含むＳＡＯのハードウェア・アーキテクチャが開示されており、当該アーキテクチャを４Ｋ＠６０ｆｐｓ符号化に適用した例が示されている。非特許文献９では、高速ＳＡＯ推定アルゴリズムが開示されており、当該アルゴリズムに対するＶＬＳＩアーキテクチャが開示され、それを８Ｋ符号化に適用した例が示されている。
産業上の利用分野	本発明は、映像符号化器のループ内フィルタにおいて用いられるサンプル適応オフセット決定装置に関する。
特許請求の範囲	【請求項1】ブロック単位で符号化された動画像の復号画像データにおいて、輝度及び２つの色差の前記復号画像データを構成する各再構成サンプルに対し、各ブロック単位で設定される分類及びオフセット値集合に応じて、当該再構成サンプルのサンプル値に前記オフセット値集合に属する何れかのオフセット値を適応的に加算するサンプル適応オフセット補正処理のための、前記復号画像データの各ブロックに対する前記分類及び前記オフセット値集合を決定するサンプル適応オフセット決定装置であって、再構成サンプルのサンプル値のレンジを複数の区間に区画した各区間帯域をバンドとし、連続する４つの前記バンドの組を定めた前記分類をバンド・グループとし、ブロック内の互いに隣接する３つの再構成サンプルの大小関係のパターンを評価する際の隣接方向を定めた前記分類をクラスとし、前記各クラスに対して、ブロック内の各再構成サンプルのサンプル値と該再構成サンプルに対し該クラスの隣接方向に隣接する２つの隣接再構成サンプルのサンプル値との大小関係のパターンを類別した小分類をカテゴリとするとき、前記復号画像データの各ブロックについて、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに属する該ブロック内の再構成サンプルの数であるサンプル数を算出するとともに、該ブロック内の各再構成サンプルに対し、該再構成サンプルとそれに対応する符号化前の原サンプルとの差である歪み値を算出し、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに属する該ブロック内の再構成サンプルの歪み値の和である累計歪み値を算出する統計量収集モジュールと、前記各ブロックに対し、前記統計量収集モジュールが算出する、前記各バンドに対する該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値、並びに前記各クラスの前記各カテゴリに対する該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値に基づき、レート歪みコストが最小となる、前記バンド・グループ又は前記クラスを決定するとともに、決定された前記バンド・グループ又は前記クラスに対する前記オフセット値集合を決定するパラメータ決定モジュールと、を備え、前記統計量収集モジュールは、所定の高速動作周波数ｆ_０の高速クロックにより作動するように構成されているとともに、前記パラメータ決定モジュールは、前記高速クロックを分周比Ｍで分周した低速動作周波数ｆ_０／Ｍの低速クロックにより作動するように構成されていることを特徴とするサンプル適応オフセット決定装置。【請求項2】前記統計量収集モジュールが、色差の前記復号画像データの各ブロックに対して、前記各バンド、及び前記各クラスの前記各カテゴリに対する該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値を算出する処理に要する前記高速クロックのクロック・サイクル数をＮＣ_ＳＣとし、前記パラメータ決定モジュールが、輝度及び色差の前記復号画像データの各ブロックに対して、レート歪みコストが最小となる前記バンド・グループ又は前記クラス、及び前記オフセット値集合を決定する処理に要する前記低速クロックのクロック・サイクル数をＮＣ_ＰＤとしたとき、前記分周比Ｍは、【数１】であることを特徴とする請求項１記載のサンプル適応オフセット補正装置。【請求項3】前記統計量収集モジュールは、前記復号画像データの各ブロックについて、前記各バンド、及び前記各クラスの前記各カテゴリに対する、該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値を算出する処理を実行する前に、該ブロック内の一部の再構成サンプルに対して前記各バンドにそれらの再構成サンプルのサンプル値が属する度数を算出し、該度数が最も大きいバンドを中心とする連続する所定数のバンドを選出する粗レンジ選択部を備え、且つ、前記各バンドに対して該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値を算出する際には、前記粗レンジ選択部で選出されたバンドのみに対して該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値を算出するものであり、前記パラメータ決定モジュールは、前記各ブロックに対し、前記統計量収集モジュールが算出する、前記粗レンジ選択部で選出された前記各バンドに対する該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値、並びに前記各クラスの前記各カテゴリに対する該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値に基づき、レート歪みコストが最小となる、連続する所定数の前記バンドの組合せであるバンド・グループ又は前記クラスを決定し、決定された前記バンド・グループ又は前記クラスに対する前記オフセット値集合を決定することを特徴とする請求項１又は２記載のサンプル適応オフセット決定装置。【請求項4】前記粗レンジ選択部は、前記復号画像データの各ブロックについて所定数のバンドを選出する際に、該ブロック全体に亘り分散して所定のサイズのサンプル・ウィンドウを設定し、前記各サンプル・ウィンドウにより順次取り出される再構成サンプルに対して、前記各バンドにそれらの再構成サンプルのサンプル値が属する度数を算出し、該度数が最も大きいバンドを中心とする連続する所定数のバンドを選出することを特徴とする請求項３記載のサンプル適応オフセット決定装置。【請求項5】前記統計量収集モジュールは、前記復号画像データの各ブロックについて、該ブロック内の各再構成サンプルに対し、該再構成サンプルとそれに対応する符号化前の原サンプルとの差である歪み値を算出する歪み値演算部と、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに対して、該ブロック内の各再構成サンプルが該バンド又は該クラスの該カテゴリに属するか否かを判定するカテゴリ分類部と、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに対してそれぞれ設けられ、前記カテゴリ分類部の判定結果に従って、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに対して、該バンド又は該クラスの該カテゴリに属する、該ブロック内のサンプル数をカウントするカウンタと、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに対してそれぞれ設けられ、前記カテゴリ分類部の判定結果に従って、前記各バンド及び前記各クラスの前記各カテゴリに対して、該バンド又は該クラスの該カテゴリに属する、該ブロック内の再構成サンプルの前記歪み値を累算する累算器と、を備え、前記カウンタは、カウント値が所定の閾値以上になると、該ブロックに対するサンプル数のカウント動作を終止し、前記カウンタに対応する前記累算器は、該カウンタがカウント動作を終止することに伴って、該ブロック内の再構成サンプルの前記歪み値を累算する動作を終止することを特徴とする、請求項１乃至４の何れか一記載のサンプル適応オフセット決定装置。【請求項6】前記統計量収集モジュールは、前記復号画像データの各ブロックについて、該ブロックをサイズが２×２の部分ブロックに分割し、該ブロック内の前記各部分ブロックに対して順次、前記各バンド、及び前記各クラスの前記各カテゴリに対する、該ブロック内のサンプル数及び累計歪み値の累算処理を実行するとともに、前記各部分ブロックの各サンプル位置に対しては並列に、各サンプル位置の再構成サンプルに対し、該再構成サンプルとそれに対応する符号化前の原サンプルとの差である歪み値を算出する処理、及び該再構成サンプルが属する前記バンド及び前記各クラスの前記カテゴリを決定する処理を実行することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一記載のサンプル適応オフセット決定装置。
国際特許分類(IPC)	H04N 19/86 符号化アーティファクト，例．ブロックノイズ，の低減に関するもの H04N 19/117 フィルタ，例．前処理または後処理のためのもの H04N 19/136 入力ビデオ信号の特徴または特性 H04N 19/147 レート歪み基準によるもの H04N 19/176 領域がブロック，例．マクロブロック，であるもの H04N 19/42 ビデオの圧縮または伸張に特別に適合した実装の詳細またはハードウェアに特徴があるもの，例．専用のソフトウェア実装
Fターム	5C159KK03 ブロック歪み 5C159KK06 構成要素の削減 5C159KK13 並列処理 5C159MA05 フレーム間予測 5C159PP04 動画 5C159TA68 フィルタ処理 5C159TB08 ブロック 5C159TC02 画素値→ＴＣ０５～ＴＣ０６ 5C159TC08 符号化誤差又は量子化誤差 5C159TC19 見積もり又は推定されたもの 5C159TD05 変化（変動）量又は差分値又は微分値 5C159TD07 数のカウント又は回数の測定 5C159UA02 符号化回路
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出願権利状態	公開

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発明の名称	SAMPLE ADAPTIVE OFFSET DETERMINATION DEVICE
発明の概要	PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample adaptive offset (SAO) determination device having high area efficiency and capable of realizing a low power consumption. SOLUTION: A SAO determination device determining classification of SAO for each CTB for SAO correction processing and an offset value set includes a statistic collection (SC) module, and a parameter determination (PD) module. The SC module is configured to be actuated by a high-speed clock of high speed operation frequency f₀, and the PD module is configured to be actuated by a low-speed clock of low speed operation frequency f₀/M. With such an arrangement, extremely ununiform data flow between the SC module and PD module is relaxed, throughput of the whole device is improved. Furthermore, since a low-speed clock is generated by dividing the frequency of the high-speed clock by M, a circuit for synchronizing the rising edges of respective clocks is not required, and thereby the hardware cost is reduced.

発明の名称

SAMPLE ADAPTIVE OFFSET DETERMINATION DEVICE

発明の概要

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample adaptive offset (SAO) determination device having high area efficiency and capable of realizing a low power consumption.
SOLUTION: A SAO determination device determining classification of SAO for each CTB for SAO correction processing and an offset value set includes a statistic collection (SC) module, and a parameter determination (PD) module. The SC module is configured to be actuated by a high-speed clock of high speed operation frequency f₀, and the PD module is configured to be actuated by a low-speed clock of low speed operation frequency f₀/M. With such an arrangement, extremely ununiform data flow between the SC module and PD module is relaxed, throughput of the whole device is improved. Furthermore, since a low-speed clock is generated by dividing the frequency of the high-speed clock by M, a circuit for synchronizing the rising edges of respective clocks is not required, and thereby the hardware cost is reduced.

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