JP2002232885A - オリエンテーション補間ノードの符号化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オリエンテーション補間ノード情報の符号化
装置及びその方法を提供する。 【解決手段】 三次元空間で物体の回転情報を示すオリ
エンテーション補間ノード情報は、回転移動が生じた時
刻を示す「キー情報」と、その時刻に対する回転位置を
示す「キー値情報」とから構成され、予測部１０００に
よってそれらの情報量を圧縮するための符号化処理が実
行される。これにより、入力されるオリエンテーション
補間ノード情報を予測符号化手段という情報量圧縮技法
で符号化するに当たって符号化効率が高まり、損失符号
化による符号化誤差によって生じる逆転現象を補正する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合映像符号化に
係り、特に物体の回転情報を提供するオリエンテーショ
ン補間ノードの符号化装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＰＥＧ−４ＢＩＦＳ（Ｂｉｎａｒｙ
Ｆｏｒｍａｔ ｆｏｒ Ｓｃｅｎｅｓ）は、アニメーシ
ョン（動画）情報を、キーとキー値とで表現されたフィ
ールドデータより構成された補間ノード（Ｉｎｔｅｒｐ
ｏｌａｔｏｒ ｎｏｄｅ）を使用したキーフレーム方式
でのアニメーション技法によって支援するものである。
キーフレームはコンピュータアニメーションで中心とな
る場面を意味し、キーフレーム方式技法では自然なアニ
メーションを提供可能に大量のキーとキー値データとの
区分的（ｐｉｅｃｅ ｗｉｓｅ）線形補間が要求され
る。このような特性によって、ＭＰＥＧ−４ＢＩＦＳ
は、各補間ノード内のフィールドデータを、量子化過程
を経て圧縮することによって、データ伝送効率を高めて
いる。

【０００３】前記線形補間方法の１つである、従来の物
体の回転情報を用いた線形補間方法においては、回転情
報を回転軸及び回転角で表現する。ＭＰＥＧ−４ＢＩＦ
Ｓは、仮想現実モデル言語（ＶＲＭＬ：Ｖｉｒｔｕａｌ
Ｒｅａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ Ｌａｎｇｕａｇ
ｅ）と同様に、オリエンテーション補間ノードを通して
前述した回転軸と回転角とで表示する回転情報を支援す
るものであり、場面の特性に応じた自然なアニメーショ
ンを表現するために、その回転情報として提供されるオ
リエンテーション補間ノードを通して、連続するキー値
の情報間の差が小さくなるようにして区分的な線形補間
を実行する。

【０００４】したがって、ＭＰＥＧ−４ＢＩＦＳにおい
ては、隣接したデータ間の差分値を使用する差分符号化
方法（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｃｏｄｉｎｇ）を使
用するのが効率的である。従来のＭＰＥＧ−４ＢＩＦＳ
では、処理対象データのオリエンテーション補間ノード
のキーとキー値とで表現されたフィールドデータを符号
化するに際し、大きく２種類の方法が用いられていた。
すなわち、差分パルスコード変調（ＤＰＣＭ：Ｄｉｆｆ
ｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｕｌｓｅ ＣｏｄｅｄＭｏｄｕｌ
ａｔｉｏｎ）を用いない方法と、このＤＰＣＭを用いる
方法である。

【０００５】まず、このＤＰＣＭを用いない方法におい
ては、符号化するデータでキーやキー値による量子化の
みを実行する。したがって、この方法は符号化するデー
タの固有特性を考慮しないために非効率的である。この
ＤＰＣＭを用いない方法について簡単に説明すると、オ
リエンテーション補間ノードのフィールドデータを入力
して、キー値を四元数（ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ）空間で
の値に変換する。

【０００６】次いで、キーやキー値のデータ精度を調整
して量子化し、この量子化したフィールドデータを２進
数のデータとして出力する。次いで、この量子化の結果
を確認するために出力された２進数のデータをフィール
ドデータで逆量子化して復元し、この復元された四元数
値を回転軸と回転角とからなるキー値の形に各々マッピ
ングさせる。次いで、復元されたオリエンテーションノ
ードのフィールドデータを記憶してこれを画面に出力す
るとともに、前記量子化の誤差に対する視覚的歪曲を測
定する。歪曲は下記式（１）を用いて測定することがで
きる。

【０００７】

【数１】

【０００８】前記式（１）中、Ｎはフィールドデータの
数であり、ε_iは現在符号化する値Ｑ_iと復元した下記
（Ｓ２）の値との差を表わす。

【０００９】

【数２】

【００１０】一方、ＤＰＣＭを使用する方法は、連続す
るデータ間の相関性を考慮することにより、前述したＤ
ＰＣＭを用いない方法に比べて符号化効率を高めること
ができる。このＤＰＣＭを使用する方法を、ＤＰＣＭを
用いない方法と比較してその差を簡略に説明すれば以下
の通りである。すなわち、ＤＰＣＭを使用する方法は前
記の量子化を実行する前に復元されたキー値と現在符号
化するキー値との差を計算し、その値を線形量子化する
ことで、この差の値より生じるデータ特性を、符号化効
率にある程度反映することができる。

【００１１】図１は、従来の一般的なＤＰＣＭの原理を
説明するための図面である。ＤＰＣＭ部１００は、加算
器１０２を通して、下記（Ｓ３）の以前に復元された値
と、現在符号化する値Ｑ_iとの差Ｅ_iとを算出する。

【００１２】

【数３】

【００１３】このようにして算出された値は、量子化器
１２０で量子化された後、下記（Ｓ４）で表わされる受
信地に伝送される一方、逆量子化器１４０を通して逆量
子化され、下記（Ｓ５）で表わされる値となる。逆ＤＰ
ＣＭ部１６０は、加算器１６２を通して逆量子化された
下記（Ｓ５）で表わされる値に、以前に復元された下記
（Ｓ６）で表わされる値を加算して、下記（Ｓ７）で表
わされる復元値を現在符号化された値として算出する。

【００１４】

【数４】

【００１５】

【数５】

【００１６】

【数６】

【００１７】

【数７】

【００１８】しかしながら、球面の線形補間によって連
続したキー値の間を補間するオリエンテーション補間器
においては、図１に示すようなＤＰＣＭ装置に比べ、Ｄ
ＰＣＭの効率を高くすることが困難である。この原因
は、物体の回転位置を決定するキー値を四元数空間上で
分析して考察すれば理解し易い。

【００１９】３次元空間上で物体の回転位置を決定する
１つのキー値を四元数空間上に表現するとき（ｑ）、こ
のキー値は回転軸とその回転角との組合わせの形態で表
現される。下記式（８）はオリエンテーション補間器が
キー値を表現する方法であり、下記式（９）はこれを四
元数に変換する式である。

【００２０】

【数８】

【００２１】

【数９】

【００２２】前記式（９）から分かるように、四元数空
間上において、もし２つの四元数が回転軸ベクトル、及
びその回転角の値を同一とし、その符号が完全に反対で
あるならば、この２つの四元数は完全に同一なものであ
る。これは、物理的に、二回転変換は完全に同一なもの
であり、回転変換に影響を与える要素は回転軸方向と回
転角のみで回転軸のベクトルではないということを意味
している。したがって、物体の回転変換を示す四元数の
表現方法は、回転変換に影響を与える要素の回転軸方向
と回転角とをよく表現しているものである。

【００２３】一方、前記式（８）を用いて回転変換を示
すキー値間の時間的差部値を算出する図１に示すような
ＤＰＣＭの方法は、回転軸ベクトルの差を考慮するた
め、経時的な回転軸方向の変化相関関係を充分に反映す
ることが困難であり、このことは符号化効率を低下させ
るという問題を生じさせる。

【００２４】一方、線形補間特性を有するデータは隣接
データ間の相関度が高いため、隣接した移転入力情報か
ら、現在入力される符号化対象情報を予測し、予測値と
入力値との差分値、すなわち予測誤差を求めて符号化す
る予測符号化（ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ ｃｏｄｉｎｇ）
手段によって、情報量に対する圧縮効率を向上させるこ
とが可能である。

【００２５】従来のＤＰＣＭの方法では、差分四元数演
算は次のようにして実行される。まず、以前に復元した
値と現在符号化する値との差分回転値を算出する。この
ように算出された差分回転値は量子化して可変長符号化
される一方、逆量子化して四元数乗算を通して、以前に
復元された値に乗算され、現在符号化した値に対する復
元値を算出して、次の入力信号を符号化する際に使用す
る。

【００２６】差分四元数を求める方法としては、４つの
元素からなる四元数因子同士で減算を実行して求める方
法と、２つの四元数間の回転差を求めてその値を差分値
として使用する方法とがある。まず、四元数因子間の減
算で差分値を求める場合は下記式（１０）を用いて行な
う単純な減算により比較的簡単に算出することができ
る。

【００２７】

【数１０】

【００２８】しかしながら、このような差分四元数の算
出によれば、四元数値が有する特性、すなわち回転運動
が示している物理的意味が全く考慮されておらず、符号
化の際に生じる符号化誤差によって回転位置誤差が比較
的大きくなる恐れがある。そこで、このような問題点を
克服するために、２つの四元数間の回転差を使用して差
分四元数値を求める方法が提案された。前記回転差を求
める場合、現在入力値を下記式（１１）とし、以前の復
元値を下記式（１２）とするとき、差分四元数値が下記
式（１３）によって算出される。

【００２９】

【数１１】

【００３０】

【数１２】

【００３１】

【数１３】

【００３２】このようにオリエンテーション補間ノード
情報符号化を行なうに際し、入力される回転情報につい
て以前の復元値を使用して差分四元数値を求めた後、量
子化及び可変長符号化を行なう方法は、連続する四元数
値間の高い相関性を考慮する場合、適切な予測手段によ
って現在入力される値を予測することができれば、差分
四元数値の分布度を下げることができるので、量子化及
び可変長符号化の効率を向上させて、情報圧縮効率を高
められると考えられる。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】前記問題点に鑑み、本
発明の第１の課題は、回転差分行列変換を用いた適応型
ＤＰＣＭ処理でオリエンテーション補間ノードのフィー
ルドデータを符号化することによって、時間領域でデー
タ重複性を除去し、また付加的に算術符号化により量子
化したシンボル間のビット重複性を除去するとともに、
四元数空間で回転移動の物理的特性を反映しつつ、構成
要素のための付加情報を除去してデータ伝送効率を更に
向上させ、視覚的画質歪曲度をより客観的に測定する、
オリエンテーション補間ノードの符号化装置及び方法を
提供することにある。

【００３４】また、本発明の第２の課題は、向上された
予測手段を導入して差分四元数値を求める際に、この差
分四元数値の分布度をより小さくし、量子化及び可変長
符号化につながる情報量圧縮処理の効率を向上させるオ
リエンテーション補間ノードの符号化装置及び方法を提
供することである。

【００３５】更に、本発明の第３の課題は、予測符号化
を含んで全ての損失符号化過程で必然的に生じる符号化
誤差により回転情報が歪曲され、受信者側で復号した回
転情報により物体を回転させたとき、元の回転情報によ
る回転と逆方向に回転運動が起こる現象を補正すること
が可能なオリエンテーション補間ノードの符号化装置及
び方法を提供することである。

【００３６】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係る請求項１のオリエンテーション補間ノ
ード情報の符号化装置は、三次元空間で物体の回転情報
を提供するオリエンテーション補間ノード情報の符号化
装置において、キーとキー値とを含むフィールドデータ
のうち、前記キー値のデータを四元数値に変換した後、
回転差分変換して差分パルスコード変調処理を実行する
差分変調処理部と、このように差分パルスコード変調処
理されたキー値のデータを量子化して出力する量子化部
と、前記量子化された差分キー値のデータを可変長符号
化する可変長符号化部と、前記量子化された差分キー値
のデータを逆量子化して出力する逆量子化部と、前記逆
量子化された差分キー値を四元数乗算し、以前差分キー
値と乗算して復号化されたキー値を算出する四元数乗算
部と、前記四元数乗算部の出力を遅延させる遅延部と、
前記遅延部の出力を受けて次の符号化すべき入力値を予
測し、前記予測された入力値との差数を可変制御可能な
予測差数制御機能を有する予測部とを含んで構成される
ことを特徴とする。

【００３７】また、請求項２のオリエンテーション補間
ノード情報の符号化装置は、前記請求項１において、予
測部が、現在入力される四元数情報の時刻より以前に復
元された全ての回転差分値を累積乗算した値を算出する
四元数乗算部と、前記四元数乗算部の出力値を多段階遅
延させて時系列情報を生成する遅延部と、前記遅延部の
出力値の四元数空間上で線形組み合わせにより生成する
現在の回転位置に対する予測値を生成する乗算器と、前
記乗算器の出力と前記予測値との加重値を指定する予測
差数を入力されて前記乗算器出力と前記予測値との加重
値を有する線形組み合わせにより差数可変予測作用を行
なう予測器とを含んで構成されることを特徴とする。

【００３８】更に、請求項３のオリエンテーション補間
ノード情報の符号化装置は、前記請求項１または請求項
２において、予測器と差分パルスコード変調処理部とで
差分四元数値を算出する際、元の回転情報によって示さ
れる回転方向と同一方向に回転するように回転方向の補
正機能を実行する回転方向補正器を更に含んで構成され
ることを特徴とする。

【００３９】そして、請求項４のオリエンテーション補
間ノード情報の符号化装置は、前記請求項１において、
前記差分変調処理部により四元数空間情報に変換された
回転情報のうちのいずれかのキーとそれに対応するキー
値情報とを除去する際、その除去前と比較してアニメー
ション経路間の誤差が、一定の基準値よりも小さい場合
に、そのキーとキー値情報とを除去するキーフレーム除
去部を更に含んで構成されることを特徴とする。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づいて本
発明の望ましい実施の形態について詳細に説明する。本
発明は、物体の回転情報を提供するオリエンテーション
補間ノードの四元数表現方法及びデータ特性を用いてキ
ー値の重複性を高めてデータ伝送効率を更に向上させう
る符号化装置及び方法に関する。また、データ圧縮を実
行する際に、誤差によって生じる視覚的画質歪曲を、客
観的に測定することが可能なエラー測定方法を提供す
る。

【００４１】（第１実施形態）図２は、本発明に係る第
１実施形態に係るオリエンテーション補間ノードの符号
化装置の概略的なブロック図である。本発明に係る第１
実施形態に含まれる符号化装置は、大きくオリエンテー
ション補間ボードのフィールドデータ入力部２００、フ
ィールドデータの適応型ＤＰＣＭ処理部、量子化部２２
０、圧縮された２進数のフィールドデータ出力部２３０
を具備し、付加的にエントロピ符号化部２２５を更に含
んで構成されている。

【００４２】ここで、前記フィールドデータの適応型Ｄ
ＰＣＭ処理部は、四元数変換部２０５、ＤＰＣＭ部２１
０及び回転差分変換部２１５を具備して構成されてい
る。また、出力されたデータの復元結果を画面上で確認
し、量子化の誤差に対する視覚的歪曲度を測定するため
に復号化部を具備している。この復号化部は、エントロ
ピ復号化部２３５、逆量子化部２４０、逆ＤＰＣＭ部２
４５、逆回転差分変換部２５０、逆四元数変換部２５
５、復元されたオリエンテーション補間ノードのフィー
ルドデータ出力部２６０及び歪曲測定部２６５を具備し
て構成されている。

【００４３】図５は、本発明に係る第１実施形態のオリ
エンテーション補間ノードの符号化方法を説明するため
のフローチャートである。図２及び図５に基づいて本発
明の符号化装置の動作を詳しく説明する。

【００４４】まず、符号化するオリエンテーション補間
ノードのフィールドデータを入力する（第５００段
階）。具体的には、フィールドデータ入力部２００は、
入力されたＶＲＭＬデータでオリエンテーション補間ノ
ードをパージングして、キーとキー値とから構成され
た、符号化するためのフィールドデータを抽出する。前
記キーは時間軸上で回転移動の変移が生じた位置情報を
示し、前記キー値は位置情報に対応する回転情報を示
す。

【００４５】次いで、キー値データを四元数空間に変換
した後、回転差分変換式によってＡＤＰＣＭ（Ａｄａｐ
ｔｉｖｅ ＤＰＣＭ）処理し、キーデータをＤＰＣＭ処
理する（第５１０段階）。具体的には、フィールドデー
タ入力部２００から抽出されたキー値データＫＶ_i、０
≦ｉ≦Ｎ−１に対するデータ間の重複性を除去し、デー
タの表現精度を調整する。

【００４６】本発明にあっては、特にキー値データに対
するＡＤＰＣＭの処理を実行する前に、四元数変換部２
０５を経由するようになっている。四元数変換部２０５
は、キー値データ、すなわち回転情報を１つの実数（回
転角）と３つの虚数（回転軸）とで表現した四元数空間
に変換する。次いで、回転差分変換部２１５は、四元数
変換部２０５から入力された以前のキー値と現在のキー
値との回転差分を計算する。

【００４７】従来のキー値データに対するＤＰＣＭは、
現在の物体位置ｐと、回転移動後の物体位置ｑに対する
回転移動距離とを算出するものであるが、この回転移動
距離値は、回転軸と回転角とで構成された各構成要素別
の差値として定義される。このような構成要素ごとの差
値のみを考慮する場合には、符号化するデータの重複性
が低下するとともに、物体の移動に対する物理的特性を
充分に表現することが困難であった。

【００４８】したがって、従来のキー値データに対する
ＤＰＣＭにおいては、符号化エラーについての視覚的効
果を測定し難いという短所があった。また、データを復
元する面で、キー値データの全てのコンポーネントごと
に最大値を有する構成要素を表示させるために、図７
（ａ）に示すように、２ビットの情報を符号化装置から
復号化装置に付加的に伝送する必要があるという短所が
あった。

【００４９】したがって、本発明にあっては、オリエン
テーション補間ノードのキー値間の回転移動距離を用い
た符号化を実行するために、従来のＤＰＣＭとは異なる
処理方法を、回転差分変換部２１５を通じて具現するも
のである。この回転差分変換部２１５は、四元数空間で
物体の回転は回転軸と回転角との組み合わせから構成さ
れるという事実に基づき、実際の回転移動経路に伴う回
転移動距離も、回転軸と回転角とを用いた回転差分変換
行列式を通して定義することが可能なように、例えば、
図３に示すように構成する。回転差分変換部２１５に用
いられる回転差分変換行列式の原理は、次のように定義
される。

【００５０】物体の現在の位置ベクトルを下記（Ｓ１
４）で表わし、キーｋｅｙ＝ｋ_i-1としてキー値（ｋｅ
ｙ＿ｖａｌｕｅ）を下記（Ｓ１５）で表わし、物体の回
転運動で、下記（Ｓ１４）で表わされる物体の現在の位
置ベクトルに対する変位ベクトルを下記（Ｓ１６）とす
るとき、四元数上での回転運動の式は下記式（１７）で
表わされる。

【００５１】

【数１４】

【００５２】

【数１５】

【００５３】

【数１６】

【００５４】

【数１７】

【００５５】ここで、前記式（１７）中、Ｘ、Ｙ_i-1、
Ｑ_i-1は、それぞれ前記（Ｓ１４）、（Ｓ１５）、（Ｓ
１６）に対応する四元数表現である。同様にして、キー
ｋｅｙ＝ｋ_iのときには、四元数上での回転運動の式は
下記式（１８）で表わされる。

【００５６】

【数１８】

【００５７】前記式（１７）及び式（１８）より回転差
分値を求める行列関係式は、下記式（１９）で表わされ
る。

【００５８】

【数１９】

【００５９】したがって、回転差分を示す四元数変換回
転差分の行列関係式は、下記式（２０）で定義される。

【００６０】

【数２０】

【００６１】前記式（２０）で表わされる関係式を考慮
して図３を参照すると、回転差分変換部２１５は、回転
差分変換行列生成部３００、構成要素調整部３２０、累
積部３３５及び遅延部３４０を具備して構成されてい
る。回転差分変換行列生成部３００は、四元数空間に変
換された現在符号化するキー値データを入力し、前記式
（２０）で現在符号化する回転差分変換行列を定義す
る。

【００６２】構成要素調整部３２０は、4つの構成要素
ｖ［０］、ｖ［１］、ｖ［２］、ｖ［３］で構成された
回転差分変換行列値（すなわち、回転角と回転軸）のう
ち最初の構成要素の値ｖ［０］＝ｃｏｓ（θ／２）（但
し、θは回転角）が常に大きいという条件を満足するよ
うに現在符号化する回転差分変換行列を再定義する。

【００６３】遅延部３４０は、回転差分変換部２１５の
出力に対応して現在復元された回転差分変換行列を記憶
し、以前に復元された回転差分変換行列を提供する。累
積部３３５は遅延部３４０から順次に移転回転差分変換
行列を入力して以前まで復元された回転差分変換行列を
累積させ、その結果を回転差分変換行列生成部３００に
出力する。

【００６４】構成要素調整部３２０は、回転情報を構成
する４つの構成要素ｖ［０］、ｖ［１］、ｖ［２］、ｖ
［３］のうち最初の構成要素の値が他の残りの３つの構
成要素の値より常に大きいという条件を満足するため
に、図４に示される原理を用いる。すなわち、図４にお
いて物体がＡからＢにΩだけ回転移動するとき、これに
対応する回転差分変換行列の構成要素のうち、最初の構
成要素が前記条件を満たさない場合には、Ａからθだけ
最短移動経路に沿って回転した位置Ｐ（Ａ＜Ｐ＜Ｂ、０
＜θ＜Ω）を任意に定義して、上記の条件を満たすよう
に回転差分変換行列を再定義する方法を使用する。

【００６５】ここで、物体の回転移動時に生じる最短移
動経路の選定方法として、２つの四元数の差についての
大きさを比較する方法を使用するが、例えば、開始位置
の四元数Ａから回転移動後の位置の四元数Ｂに行く２つ
の円弧に対応する回転移動情報は、四元数Ｂと四元数−
Ｂである。この際、四元数Ａから各四元数Ｂと、四元数
−Ｂとの距離差のうち最小値が最短回転移動経路と選定
される。したがって、このような最短移動経路を満たす
回転差分変換行列に関する関係式は、下記式（２１）で
定義される。

【００６６】

【数２１】

【００６７】前記式（２１）の関係と併せて、Ｐ点の位
置をＡとＢとの中間位置をθ＝Ω／２と定義する場合、
下記式（２２）が導出される。

【００６８】

【数２２】

【００６９】したがって、構成要素調整部３２０でキー
値発生部３１０は、前記式（２２）によって３０５の条
件を満たす新たな物体のキー値、すなわち、回転情報を
以前のキー値と現在のキー値から定義する。その際、定
義された新たな回転情報はフレームバッファ３１５に記
憶されると同時に、回転差分変換行列生成部３００に出
力される。フレームバッファ３１５は現在符号化するキ
ー値データを記憶し、キー値発生部３１０から生じたキ
ー値データを順次に記憶してキー値発生部310に現在及
び以前回転情報を提供する。また、θによるキー値の発
生に伴うキーの発生のためにθとΩ及び該当キー値イン
デックスをＤＰＣＭ部２１０に提供する。ＤＰＣＭ部２
１０においてキーの発生式は下記式（２３）で表わされ
る。

【００７０】

【数２３】

【００７１】フィールドデータ入力部２００から抽出さ
れたキーデータＫ_i、０≦ｉ≦Ｎ−１はＤＰＣＭ部２１
０に入力される。ＤＰＣＭ部２１０はまた回転差分変換
部２１５により新たなキーを発生する。ＤＰＣＭ部２１
０は、最初キーデータＫ₀はそのまま出力し、残りのキ
ーデータは以前に復元されたキーＫ_i-1と現在符号化す
るキーＫ_iとの差値ＫＤ_iを計算して出力する。ＤＰＣＭ
部２１０は，データ間重複性を除去し、データ表現精度
を調整することによって実際圧縮過程を行なう役割を果
たす。

【００７２】前述したように、構成要素調整部３２０で
四元数の最初の構成要素の値が常に最大になるように調
整することによって、従来に全てのキー値毎に提供すべ
き２ビットの付加情報、すなわち、４つの構成要素のう
ち何番目が最大かを表示する情報を、初期キー値を除い
ては復号化装置に伝送する必要がない。したがって、Ｍ
ＰＥＧ−４ ＢＩＦＳの標準に従って、図７（ａ）に示
した従来の構文は図７（ｂ）に示す本発明によって改善
された構文に変更することができる。これにより、実際
にＮ個のキー値データを符号化する場合に、従来の付加
情報によるビット発生量に比べて２（Ｎ−１）ビットの
情報量を更に減らすことが可能となる。

【００７３】再び図５を参照すると、第５１０段階の後
にＡＤＰＣＭ処理されたキーとキー値データとを量子化
し（第５２０段階）、量子化した値のビット重複性を除
去するために量子化したキーとキー値データとを算術符
号化して２進数のストリームデータとして出力する（第
５３０段階）。

【００７４】実際に符号化するデータ量を更に効率よく
減らす側面で重要な要素としてビット重複性の除去を挙
げられる。すなわち、量子化したビットは相互間重複性
を有しているが、これを除去するための公知された方法
として可変長符号化（ＶＬＣ：Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅ
ｎｇｔｈ Ｃｏｄｉｎｇ）方法、シンボルパターンを用
いたハフマン符号化方法などが存在する。本発明ではシ
ンボルの発生頻度を、条件付き確率を用いて計算してビ
ット重複性を除去する算術的符号化方法を用いる。図２
において、エントロピ符号化部２２５はこのような方法
を行い、圧縮された２進数のフィールドデータ出力部２
３０は、符号化されたデータを２進数のストリームデー
タとして出力する。

【００７５】ここで、ストリーミング段階で考慮される
事項は、ストリーミングサービスの形態及び機能による
ストリームデータの構造決定問題である。図６（ａ）及
び図６（ｂ）は、それぞれ異なる種類のストリームデー
タの構造を示す。図６（ａ）は、サービスのリアルタイ
ム性を考慮しない場合に提供される最も簡単な形態のデ
ータ構造であって、このストリームのデータ構造ではキ
ーデータが復号化装置で復元時間だけ遅延するという遅
延現象が生じ得る。

【００７６】図６（ａ）は、図６（ｂ）に比べて符号化
装置の処理費用が安く、復号化装置の処理費用は高いと
いう特性を有している。図６（ｂ）は、データサービス
のリアルタイム性及び付加的な機能性を提供することが
可能なデータ構造であって、１つのキーと該当キー値と
を復元すると同時に、これに対する視覚化が可能な構造
である。また、こういう構造下で付加することが可能な
機能としてエラー強靭性（耐エラー性）を挙げることが
できる。このエラー強靭性（耐エラー性）とは、たとえ
現在データに損失があったとしても、少なくとも以前デ
ータと次に復元するデータとが存在すれば、損失を含む
現在データをある程度復元できる機能を提供することが
可能となる。

【００７７】図６（ａ）及び図６（ｂ）に示されるデー
タ構造を提供するために、符号化するデータは図２で２
００−＞２０５−＞２１５−＞２１０−＞２２０−＞２
２５の順序で符号化される。但し、２２５においてキ
ー、キー値の順を算術符号化する。図６（ａ）及び図６
（ｂ）のデータ構造によって、キーとキー値との符号化
順序が変わる。

【００７８】再び図５を参照すると、５３０段階後に、
符号化された出力データを前述した符号化の逆過程で復
元し、その結果によって符号化装置の性能を評価するた
めの視覚的歪曲度を測定する（５４０段階）。歪曲測定
部２６５は符号化された出力データを復元したとき、符
号化以前情報との視覚的歪曲を回転差分値によって測定
する。このために、復号化部は図２において２３５〜２
６０のように構成され、これらの処理過程は符号化の逆
過程である。

【００７９】符号化装置の性能はデータ減縮量による視
覚的歪曲でその特性値を提供する。従来の符号化方法は
符号化器の性能を測定するために、例えば、前記の式
（１）を用いてその特性値を提供する。しかしながら、
この方法は回転のための各構成要素別に量子化誤差を計
算することによって前述したように四元数の特性を正し
く反映できないために、実際の回転運動に対する視覚的
歪曲度を客観的に表現できない問題がある。

【００８０】したがって、本発明に係る符号化装置は、
四元数の特性を満たす面で量子化による視覚的歪曲度を
客観的に測定することが可能な改善された歪曲測定部２
６５を含む。この歪曲測定部２６５は、物体表面内の全
ての点を単位球面上の点と見なして量子化誤差を測定す
るが、これについての基本原理は次の通りである。

【００８１】量子化誤差は、この２つの回転変換の差値
と定義される。すなわち、オリエンテーション補間ノー
ドのキー値を、下記（Ｓ２４）で表わし、これを、復号
化部を通して復元したキー値を下記（Ｓ２５）とする場
合（但し、下記（Ｓ２５）において、下記（Ｓ２６）は
回転軸を、θは回転角を各々示し、回転角の範囲は下記
（Ｓ２７）の関係を満たす）、下記（Ｓ２８）は単位球
面上の任意の位置ベクトルであって下記式（２９）の関
係を満たす。

【００８２】

【数２４】

【００８３】

【数２５】

【００８４】

【数２６】

【００８５】

【数２７】

【００８６】

【数２８】

【００８７】

【数２９】

【００８８】前記（Ｓ２４）と前記（Ｓ２５）とによ
り、前記単位球面上の任意の位置ベクトル（Ｓ２８）か
ら下記ベクトル（Ｓ３０）及び下記ベクトル（Ｓ３１）
への回転変換が行われるときに生じる量子化誤差は、下
記ベクトル（Ｓ３０）と下記ベクトル（Ｓ３１）との差
として計算される。

【００８９】

【数３０】

【００９０】

【数３１】

【００９１】量子化誤差ベクトルである下記（Ｓ３２）
は下記式（３３）の関係を成立させる。この関係式を用
いて単位球面上の全ての点に対して量子化誤差ベクトル
下記（Ｓ３２）を求めるとき、球面全体に対してＲＭＳ
Ｄ_m及び最大誤差Ｄ_pは、下記式（３４）によって計算
される。

【００９２】

【数３２】

【００９３】

【数３３】

【００９４】

【数３４】

【００９５】一方、前記ベクトル（Ｓ３０）と前記ベク
トル（Ｓ３１）との関係は下記式（３５）のような回転
変換関係式で表現することができる。

【００９６】

【数３５】

【００９７】前記式（３５）から導出される量子化誤差
ベクトルは、下記式（３６）のように定義される。

【００９８】

【数３６】

【００９９】前記式（３４）及び前記式（３６）によっ
て新たに導出されるＲＭＳ Ｄ_m及び最大誤差Ｄ_pは、下
記式（３７）のように定義することができる。

【０１００】

【数３７】

【０１０１】一方、前記前記単位球面上の任意の位置ベ
クトル（Ｓ２８）、前記ベクトル（Ｓ３０）、前記ベク
トル（Ｓ３１）を四元数空間で表現すれば、下記式（３
８）のように定義されるが、回転変換を示す前記（Ｓ２
４）と（Ｓ２５）とを、四次元数空間で表現したもの
を、それぞれＱとＱ’とする場合、それぞれ下記式（３
９）、式（４０）の関係式を導出することができる。

【０１０２】

【数３８】

【０１０３】

【数３９】

【０１０４】

【数４０】

【０１０５】前記式（３９）、式（４０）中、Ａ＊Ｂの
関係は四元数乗算を意味し、また、Ａ^*はＡのコンジュ
ゲート（共役）を意味する。これらの関係式により、下
記式（４１）が導出される。

【０１０６】

【数４１】

【０１０７】前記式（４１）中、Ｑ''は、前記式（３
０）と前記式（３１）との回転変換関係を示す値であっ
て、下記式（４２）で定義される。

【０１０８】

【数４２】

【０１０９】したがって、前記式（３７）及び前記式
（４２）を用いて単位球面全体に対する量子化誤差のＲ
ＭＳ Ｄ_m及び最大誤差Ｄ_pは、それぞれ下記式（４
３）、式（４４）で定義される。

【０１１０】

【数４３】

【０１１１】

【数４４】

【０１１２】前記式（４３）、式（４４）は、四元数空
間で物体の回転移動に対する物理的特性を反映すること
によって、前記式（１）に比べてより客観的な測定値を
提供する。したがって、本発明は、前記式（４３）、式
（４４）を歪曲測定部２６５（図２参照）で用いるよう
に構成することによって四元数空間で従来の方法より客
観的に量子化誤差による視覚的歪曲度を正確に測定でき
る特徴を有する。

【０１１３】（第２実施形態）図８は、本発明に係る第
２実施形態のオリエンテーション補間ノード符号化装置
のブロック図である。図８を参照すると、本発明に係る
第２実施形態の符号化装置は、四元数変換部６２０、キ
ーフレーム除去部６５０、差分四元数演算部７００、及
び量子化部８１０を含んで構成されている。

【０１１４】四元数変換部６２０は、入力されたフィー
ルドデータのうち、キー値を四元数空間情報に変換す
る。ここで、入力されたフィールドデータはオリエンテ
ーション補間ノードをパージングし、時間軸上で回転移
動の変移が発生した時間位置情報を示したキー情報と、
その時間位置情報での回転情報を示したキー値情報とで
構成される。キーフレーム除去部６５０は、連続的な時
間変化による回転変換の類似性を用いて許容誤差範囲内
でキーフレームを除去する。差分四元数演算部７００
は、回転差分四元数値を求めてＤＰＣＭ値を生成する。
量子化部８１０は差分値を量子化する。

【０１１５】また、本発明に係る第２実施形態の符号化
装置は、回転差分四元数値を求める過程で、以前に復号
化した情報を使用して現在入力される情報を予測する予
測部１０００を更に含む。この予測部１０００は、差分
値を小さくして量子化部８１０及び可変長符号化部８２
０による情報量の圧縮効率を高める。特に、この第２実
施形態での予測部１０００は、予測差数制御値βを使用
して予測差数を可変とすることができ、これにより予測
性能を適切に調節することができる。

【０１１６】また、第２実施形態の符号化装置は、予測
部１０００及び差分四元数演算部７００に回転方向補正
機能を付加する回転方向補正部を更に含み、符号化誤差
により生じる回転方向エラーを除去する機能を提供す
る。詳細な説明は後述する。

【０１１７】第２実施形態の符号化装置は、入力される
回転情報を四元数空間で処理して情報量圧縮を行なう。
具体的に、入力される回転情報は、下記（Ｓ４５）で表
わされるような４次元ベクトルで表現される。

【０１１８】

【数４５】

【０１１９】前記（Ｓ４５）中、ｉはｉ番目の入力情報
を表わし、下記（Ｓ４６）は物体を回転させるときの回
転軸ベクトルを表わし、θ_iはその回転軸を中心に反時
計回り方向に回転する角度を各々示す。またＴは行ベク
トルを列ベクトルに示すための転置（ｔｒａｎｓｐｏｓ
ｅ）を意味する。

【０１２０】

【数４６】

【０１２１】四元数変換部６２０（図２参照）は、符号
化の実行前に直交座標形式で表現された回転情報を四元
数形式に変換する。直交座標系で四元数座標系に回転空
間変換する原理は下記式（４７）のように表わされる。

【０１２２】

【数４７】

【０１２３】但し、前記（Ｓ４５）のような表わされる
４次元ベクトルのデータを用いて、実際に回転空間変換
を実行するためには、幾つかの過程が更に必要となる。
図９は四元数変換部６２０の一実施形態を説明するため
のブロック図である。図９を参照すると、四元数変換部
６２０は回転角正規化部６２１、回転軸ベクトル正規化
部６２２、四元数空間変換部６２３、及び四元数正規化
部６２４を具備する。

【０１２４】回転角正規化部６２１は入力されるキー値
情報のうち回転角を正規化処理し、回転軸ベクトル正規
化部６２２は回転軸ベクトルを正規化処理する。このよ
うな処理を実行する理由は、入力情報に含まれる誤差を
あらかじめ除去するためである。更に詳しくは、回転角
正規化部６２１は入力される回転角情報を下記（Ｓ４
８）に基づいて正規化処理を実行する。

【０１２５】

【数４８】

【０１２６】すなわち、前記（Ｓ４８）は、回転角正規
化処理は回転角情報を［−π、π］の間の値に変換させ
ることを意味する。これにより回転角情報を記憶しつつ
も以後の処理過程が単純化される。回転軸ベクトル正規
化部６２２は下記式（４９）に基づいて処理を実行す
る。

【０１２７】

【数４９】

【０１２８】すなわち、回転軸ベクトル正規化処理は回
転軸ベクトルを単位ベクトルに作ることを意味する。こ
のように回転角及び回転軸ベクトルが正規化された回転
情報は前記式（４７）により四元数空間に変換され、変
換された四元数情報は再び四元数正規化部６２４により
単位大きさを有する四元数値として表現される。四元数
正規化部６２４の動作は下記式（５０）に基づいて実行
される。

【０１２９】

【数５０】

【０１３０】次いで、差分四元数演算部７００は、四元
数値として表現された入力回転情報と、以前に符号化及
び復号化された四元数値の間の差分四元数値を求める。
差分四元数値を求めるための式は、前述したように下記
式（５１）または下記式（５２）である。本実施形態で
は、下記式（５２）を用いて差分四元数値を求めた。

【０１３１】

【数５１】

【０１３２】

【数５２】

【０１３３】再び図８を参照すると、量子化部８１０は
差分四元数値を量子化し、可変長符号化部８２０はこれ
を可変長符号化する。本実施形態の具現化に際して、量
子化部８１０は均一量子化器を使用し、可変長符号化部
８２０は従来公知の適応算術符号化器を使用した。

【０１３４】逆量子化部９１０は量子化した差分四元数
値を逆量子化する。この値は次の入力四元数値を符号化
するための復号化値を作るのに使われる。復号化値は四
元数乗算部８２０の出力と逆量子化部９１０の出力とを
四元数乗算して遅延部４３０により遅延することによっ
て得られる。四元数乗算部９２０の動作を数式で表現す
れば下記式（５３）で表わされる。

【０１３５】

【数５３】

【０１３６】前記式（５３）中、下記（Ｓ５４）は以前
復号化値であって、遅延部９３０を経て四元数乗算部９
２０に供給される値であり、下記（Ｓ５５）は逆量子化
部９１０の出力値であって四元数乗算部９２０に供給さ
れる値であり、四元数乗算部９２０の出力は復号化され
た四元数値である。ここで、復号化された四元数値は四
元数逆変換されて復号化された回転情報値として出力さ
れ得る。

【０１３７】

【数５４】

【０１３８】

【数５５】

【０１３９】予測部１０００（図８参照）は符号化効率
を向上させる。すなわち、差分四元数演算部７００が遅
延部９３０の出力を入力されて差分四元数を求める過程
でその値の分布度を下げて量子化部８１０及び可変長符
号化部８２０で情報量の圧縮効率を高める。更に、本実
施形態の予測部１０００は予測差数を制御することが可
能な機能を提供する。

【０１４０】図１２は予測部１０００の詳細ブロック図
である。図１２を参照すると、予測差数βを供給されて
下記式（５６）で表わされるような予測値を生成する。

【０１４１】

【数５６】

【０１４２】すなわち、前記式（５６）では、前記式
（５４）で表わされる以前復号化値から下記（Ｓ５７）
だけ更に回転させた値を現在入力される四元数値に対す
る予測値として使用する。

【０１４３】

【数５７】

【０１４４】このような過程と併せて、予測部１０００
は次のような過程を通して予測差数を制御する。但し、
図１２の遅延部９３０は予測値だけを生成する。予測差
数を制御する過程を説明すれば、回転利得制御部１０４
０は予測差数を示す信号を通過させるものと見なすと、
遅延部１０３０、四元数回転差演算部１０２０、及び回
転利得制御部１０４０で構成されたブロックは前記式
（５６）で表わされる動作を行い、これに四元数乗算部
１０５０は動作結果を出力値として有する。その際、予
測差数が入力されると、回転利得制御部１０４０の動作
が加えられ、下記式（５８）で表現される利得制御作用
を行なう。

【０１４５】

【数５８】

【０１４６】前記式（５８）においては、β＝１ならば
下記式（５９）となり、β＝０ならば下記式（６０）と
なる。したがって、β＝０ならば四元数乗算部１０５０
では遅延部９３０の出力をそのまま出力させるので、図
１２の予測部１０００の出力は遅延部９３０のそれと同
一になる。そしてβ＝１ならば四元数乗算部１０５０の
動作は遅延部９３０の出力値と四元数回転差演算部１０
２０の出力値をかけるので前記式（５６）で表わされる
ような値を出力することになる。

【０１４７】

【数５９】

【０１４８】

【数６０】

【０１４９】このように予測差数βを通じて予測部１０
００の出力値は、β＝０の場合からβ＝１の場合まで連
続的に変化させることができる。つまり、本実施形態で
提供する予測部１０００は予測差数制御機能を有してお
り、本発明に係るオリエンテーション補間ノード情報の
符号化装置は予測差数制御機能を有することになる。

【０１５０】キーフレーム除去部６５０（図８参照）は
連続的な時間変化による回転変換の類似性を用いて許容
誤差範囲内でキーフレームを除去する。キーフレーム除
去部６５０はそれぞれのキーフレームを比較的高いビッ
トで量子化するが、視覚的画質低下に影響を少なく与え
る順序にキーフレームを除去して従来の方法と類似した
量の情報を生じつつも優れた画質を維持可能にする。

【０１５１】図１６〜図２１はキーフレーム除去部６５
０のキーフレーム除去過程を説明するための参考図であ
る。第１段階である図１６を参照すると、黒丸は元のア
ニメーション経路上でｎ＋１個の時間によるそれぞれの
キーフレームでのキー値（＝Ｑ₀、Ｑ₁、Ｑ₂、…、Ｑ_n）
を表わす。

【０１５２】第２段階は、図１７に示されるように、ま
ずアニメーション経路上にある各々のキーフレームのう
ち両端に該当するキーフレーム２つ（＝Ｑ₀、Ｑ_n）を選
択する。このように選択されたキーフレームはブランク
の丸で表示されている。

【０１５３】第３段階は、図１８に示されるように、選
択された両端のキーフレームを除いた残りのキーフレー
ムのうち１つのキーフレームを選択する。その際、１つ
のキーフレームを選択する方法には全てｎ−１個のキー
値がある。図１８では２つの候補を選択した例を示して
おり、これら（＝Ｑ₁、Ｑ_k）のキーフレームは斜線でハ
ッチングした丸で表わされている。次いで、これらｎ−
１個の候補に対し、選択されていないキーフレームのキ
ー値を選択された総3つのキーフレームＱ₀、Ｑ ₁、Ｑ_nま
たはＱ₀、Ｑ_k、Ｑ_nを用いて球面線形補間を行なう。

【０１５４】第４段階は、元のアニメーション経路と補
間されたｎ−１個のアニメーション経路とを比較してア
ニメーション軌跡の誤差が最小のアニメーション経路を
選択し、これよりｎ−１個の候補キーフレームから選択
されたアニメーション経路に対応するキーフレームを選
択する。軌跡間の誤差は前述した平均誤差Ｅ_mを用いて
求める。

【０１５５】第５段階は、図１９に一例を示すように、
候補２の軌跡が選択される。第６段階は、図２０に示さ
れるように、選択された３つのキーフレームを除いた残
りのキーフレームのうち１つのキーフレームを選択す
る。次いで、前記第３段階〜第４段階を実行する。

【０１５６】第７段階では、図２１に一例を示すよう
に、候補１の軌跡が選択される。第８段階は、前記第６
段階〜第７段階を、平均誤差が許容誤差より小さくなる
まで繰返して行なう。

【０１５７】一方、前記第４段階で言及した平均誤差Ｅ
_mは次のようにして求められる。すなわち、量子化誤差
は、元の回転変換と復元された回転変換との差分回転変
換で差分回転角として定義される。すなわち、オリエン
テーション補間ノードに属する１つのキー値を下記（Ｓ
６１）で表わし、復号化部を通して復元されたキー値を
下記（Ｓ６２）で表わすと（但し、下記（Ｓ６１）中の
下記（Ｓ６３）は回転軸を、θは回転量を示し、その範
囲はθ∈［−π、π］を満たす）、下記（Ｓ６１）と下
記（Ｓ６２）とから、三次元空間上の任意の位置を表わ
す下記式（６４）から下記（Ｓ６５）及び下記（Ｓ６
６）への回転変換が行われるときに生じる量子化誤差
は、下記（Ｓ６５）と下記（Ｓ６６）との差で計算され
る。

【０１５８】

【数６１】

【０１５９】

【数６２】

【０１６０】

【数６３】

【０１６１】

【数６４】

【０１６２】

【数６５】

【０１６３】

【数６６】

【０１６４】これは量子化誤差ベクトルである下記式
（６７）の関係を成立させる。前記（Ｓ６４）、（Ｓ６
５）及び式（６６）を四元数で表現すれば、下記式（６
８）のように定義される。

【０１６５】

【数６７】

【０１６６】

【数６８】

【０１６７】回転変換を示す前記（Ｓ６１）と前記（Ｓ
６２）とを四元数で表わしたものを各々ＱとＱ’とする
場合、下記式（６９）及び下記式（７０）が導出され
る。

【０１６８】

【数６９】

【０１６９】

【数７０】

【０１７０】前記式（６９）、式（７０）中、Ａ＊Ｂは
四元数乗算を意味し、Ａ^*はＡのコンジュゲートを意味
する。これらの式から、下記式（７１）が導出される。

【０１７１】

【数７１】

【０１７２】前記式（７１）中、Ｑ”は、前記式（６
５）と前記式（６６）との回転変換関係を示す値として
下記式（７２）で定義される。

【０１７３】

【数７２】

【０１７４】したがって、前記（Ｓ６５）と前記（Ｓ６
６）との差分回転角をθ”とすれば、四元数変換式と前
記式（７２）によりθ”は下記式（７３）を用いて求め
られる。

【０１７５】

【数７３】

【０１７６】前記式（７３）中、「・」は内積を意味す
るものである。前記式（７３）は、アニメーションキー
フレーム全体のうちで、いずれかの特定時間における量
子化誤差を示している。この特定時間における量子化誤
差は、特定時間ｔでの瞬時量子化誤差として、下記式
（７４）で表わされるアニメーション全区間の量子化誤
差を算出する式から求められる。

【０１７７】

【数７４】

【０１７８】前記式（７４）を、オリエンテーション補
間方法を通してアニメーションを行なうキーフレーム区
間全体に拡張し、全区間［ｔ₀、ｔ_L］に対する平均誤差
Ｅ_m及び最大誤差Ｅ_pを表わす式を導出すると下記式（７
５）が得られる。

【０１７９】

【数７５】

【０１８０】ここで、Ｅ_mを求めるために区間［ｔ_i-1、
ｔ_i］で下記式（７６）で表わされる部分和を先に求め
る。

【０１８１】

【数７６】

【０１８２】一方、下記式（７７）が成立するので、下
記式（７８）が導出される。

【０１８３】

【数７７】

【０１８４】

【数７８】

【０１８５】ここで、前記式（７８）において、下記式
（７９）で表わされる関数部分の積分区間［０、１］に
おける定積分を求め難いため、前記式（７９）を下記式
（８０）に近似する。

【０１８６】

【数７９】

【０１８７】

【数８０】

【０１８８】前記式（８０）は、下記式（８１）の関係
を満たしている。

【数８１】

【０１８９】前記式（７９）を前記式（８０）に近似化
して、前記式（７６）で表わされる部分和を求めると、
下記式（８２）が得られ、これを整理すると下記式（８
３）となる。

【０１９０】

【数８２】

【０１９１】

【数８３】

【０１９２】また、前記式（８２）で表わされる部分和
を全区間［ｔ₀、ｔ_L］に対して加算した後、平均誤差Ｅ
_mを求めると、下記式（８４）で表わされる。

【０１９３】

【数８４】

【０１９４】前記式（８４）において、最大誤差Ｅ_pは
各区間［ｔ_i-1、ｔ_i］での最大誤差を下記式（８５）を
用いて求めた後、その中で最大値を探せば良い。

【０１９５】

【数８５】

【０１９６】前記式（８５）を前記式（８０）で表わさ
れる近似関数を用いて近似すれば、下記式（８６）が得
られる。

【０１９７】

【数８６】

【０１９８】したがって、前記式（８５）を近似した式
（８６）を、全区間［ｔ₀、ｔ_L］で求めた最大値は、下
記式（８７）で表わされる。

【０１９９】

【数８７】

【０２００】図１２は、前述した説明のうち２つの四元
数間の回転差分値を求める演算を１つのマクロブロック
のように構成した図面である。図１２を参照しながら回
転差分値を求めるためのマクロなブロックの動作原理を
説明すると、２つの四元数入力値のうち基準値をＤ２０
０、回転値をＤ３００とするとき、基準値のコンジュゲ
ートを求める演算Ｄ１３０を経て回転値と乗算を行い
（Ｄ１１０）、四元数正規化して（Ｄ１２０）出力させ
ることになる。このような四元数回転差値の演算動作は
本実施形態及び四元数処理を必要とする各部分で頻繁に
使われるので、このように１つの単一マクロブロックと
して見なすことが便利である。

【０２０１】図１５は回転差分を用いた四元数符号化に
おいて、回転方向誤差を説明するための参考図である。
回転方向誤差は四元数符号化が損失符号化であるために
生じる。図１５を参照すると、現在入力される回転情報
による物体の位置をＱ_iとし、以前位置をＱ_i-1とすると
き、位置関係は４つの領域に区分して示すことができ
る。すなわち、物体が最短距離に沿ってＱ_i-1からＱ_iに
回転する場合、２つの位置関係が領域1または領域3のと
きはＱ_i-1からＱ_iに反時計回り方向に回転する。

【０２０２】２つの位置関係が領域２または領域４であ
る場合にはＱ_i-1からＱ_iに進む際、時計回りの方向に回
転する。符号化及び復号化された回転情報を使用して物
体を回転させる場合には、元の回転情報Ｑ_i-1に対応す
る復号化情報である下記（Ｓ８８）と、Ｑ_iに対応する
下記（Ｓ８９）の２つの値により復号化部側から物体を
回転させる。

【０２０３】

【数８８】

【０２０４】

【数８９】

【０２０５】再び図１５を参照すると、前記（Ｓ８８）
に対して前記（Ｓ８９）の位置が領域２と領域３である
場合には反時計回りの方向に、領域１と領域４である場
合には時計回りの方向に回転する。このように、元の回
転情報により物体を回転させる場合と、復号化された回
転情報を用いて物体を回転させる場合、領域２と領域１
とで各々回転方向が反転する現象が発生する。これは四
元数符号化時に損失符号化を行なうためにＱ_iと前記
（Ｓ８９）とが一致せずに生じる現象であって、損失符
号化では必然的に生じる。

【０２０６】ところが、前記領域１と領域２とは決して
なくせない領域なので、回転方向が反転される現象を最
小化したり、回転方向を元の運動方向と一致させたりす
る動作が必要である。本実施形態では、後者の動作を付
加した。

【０２０７】回転方向補正機能を簡単に説明すれば、図
１５を参照して回転方向誤差が発生する領域１と領域２
とを探索して符号化する差分四元数値を強制的に制御し
て回転方向を元の回転方向と一致させるものである。領
域２でも回転方向の不一致現象が発生するが、領域２は
領域１とは異なって元の四元数値と復号化された四元数
値とが近く収束する領域なので、回転方向の補正機能を
作動させず、領域１の場合のみ回転方向の補正機能を行
なう。

【０２０８】図１３及び図１４は、図８に示される符号
化装置の補正機能を説明するためのブロック図である。
図１３及び図１４を参照すると、回転方向誤差演算部７
５０及び判別部７６０は領域１について探索して出力す
るように構成されている。回転方向誤差演算部７５０は
図１０に示されるように、３つの差分回転の四元数値を
演算する四元数回転差演算部７５２、７５３、７５４を
具備する。このようにして求められた３つの回転差分値
Ａ、Ｂ及びＣは、それぞれ下記（Ｓ９０）、（Ｓ９１）
及び（Ｓ９２）で表わされる。

【０２０９】

【数９０】

【０２１０】前記（Ｓ９０）中、回転差分値Ａは、元の
回転情報により、時刻の区間［ｔ_{i- 1}、ｔ_i］での物体の
回転方向を示す。

【０２１１】

【数９１】

【０２１２】前記（Ｓ９１）中、回転差分値Ｂは、時刻
ｔ_i-1で、符号化誤差による物体の回転位置誤差と方向
を示す。

【０２１３】

【数９２】

【０２１４】前記式（９２）中、回転差分値Ｃは、時刻
ｔ_iで符号化のために供給される差分四元数情報の方向
を示す。

【０２１５】判別部７６０は、前記の３つの回転差分値
Ａ、Ｂ、Ｃを用いて図１５で説明する領域１を判別し、
領域１の場合に選択部７８０は回転方向を飽和値として
設定する回転方向飽和器７７０から入力を選択して回転
方向が元の回転方向に補正されるようにする。領域１で
ない場合に選択部７８０は回転方向の補正機能を経ない
ように四元数回転差演算部７４０の出力を選択して出力
させる。

【０２１６】判別部７６０の更に具体的な動作原理は次
の通りである。判別部７６０は５つの論理判断部で構成
されているために5つの論理値出力を相互AND演算して出
力する。判別部７６０を構成する５つの論理演算は、下
記式（９３）の通りである。

【０２１７】

【数９３】

【０２１８】前記式（９３）中、下記（Ｓ９４）は、図
１０に示される四元数回転差演算部から求められた回転
差分値ＡをＱ_Aとしたとき、下記式（９５）が導出さ
れ、４つの元素のうち、最初のｑ_A、₀を除く残りの３つ
の元素から構成される３次元ベクトルである下記（Ｓ９
６）を意味する。

【０２１９】

【数９４】

【０２２０】

【数９５】

【０２２１】

【数９６】

【０２２２】同様に、下記（Ｓ９７）は、は図１０の回
転差分値Ｃで最初元素を除いた３つの元素よりなる３次
元ベクトルを意味する。

【０２２３】

【数９７】

【０２２４】前記式（９３）における下記式（９８）
は、２つの３次元ベクトル間の内積を意味する。下記式
（９８）において、内積が負のときに論理値Ａは「真
（ｔｒｕｅ）」であり、負でないときは「偽（ｆａｌｓ
ｅ）」と定義する。

【０２２５】

【数９８】

【０２２６】

【数９９】

【０２２７】前記式（９９）中、下記（Ｓ１００）は、
は図１０の回転差分値Ｂで最初元素を除いた３つの元素
よりなる３次元ベクトルである下記（Ｓ１０１）を意味
する。

【０２２８】

【数１００】

【０２２９】

【数１０１】

【０２３０】また、前記式（９９）中、下記（Ｓ１０
２）は、は図１０の回転差分値Ｃで最初元素を除いた３
つの元素よりなる３次元ベクトルを意味する。

【０２３１】

【数１０２】

【０２３２】そして、前記式（９９）における下記式
（１０３）は、２つの３次元ベクトル間の内積を意味す
る。前記式（９９）において、内積が負のときに論理値
Ｂは「真（ｔｒｕｅ）」であり、負でないときは「偽
（ｆａｌｓｅ）」と定義する。

【０２３３】

【数１０３】

【０２３４】

【数１０４】

【０２３５】前記式（１０４）中、ｑ_A、0は前記論理式
Ａ及びＢで説明したように、図１０の回転差分値Ａで最
初の元素を意味し、この値の絶対値を使用して論理式Ｃ
を行った結果、一定の定数Ａ_THより大きい場合に論理式
Ｃは「真（ｔｒｕｅ）」、そうでない場合には「偽（ｆ
ａｌｓｅ）」と定義する。その際、定数Ａ_THは０に近い
小さな値（例えば、Ａ_TH＝０．０２）に設定され、実際
の動作に応じて適切な値に調整することができる。

【０２３６】

【数１０５】

【０２３７】前記式（１０５）中、ｑ_B、0は前述したよ
うに回転差分値Ｂで最初の元素を意味し、この値の絶対
値を使用して論理式Ｄを実行した結果、所定の定数Ａ_TH
より大きい場合に論理式Ｄは「真（ｔｒｕｅ）」、そう
でない場合には「偽（ｆａｌｓｅ）」と定義する。その
際、定数Ａ_THは０に近い小さな値（例えば、Ａ_TH＝０．
０２）に設定されて実際の動作に応じて適切な値に調整
することができる。

【０２３８】

【数１０６】

【０２３９】前記式（１０６）中、ｑ_C、0は前述したよ
うに回転差分値Ｂで最初の元素を意味し、この値の絶対
値を用いて論理式Ｅを実行した結果、所定の定数Ａ_THよ
り大きい場合に論理式Ｅは「真（ｔｒｕｅ）」、そうで
ない場合には「偽（ｆａｌｓｅ）」と定義する。その
際、定数Ａ_THは０に近い小さな値（例えば、Ａ_TH＝０．
０２）に設定されて実際の動作に応じて適切な値に調整
することができる。

【０２４０】このようにして求められる５つの論理値
を、下記（Ｓ１０７）のように全て論理積演算を行って
図８に示す判別器２６０の出力として作成する。

【０２４１】

【数１０７】

【０２４２】前記（Ｓ１０７）において、論理値が「真
（ｔｒｕｅ）」ならば図１３に示す選択部７８０は、回
転方向飽和器７７０の出力値を受けて出力させ、「偽
（ｆａｌｓｅ）」ならば四元数回転差演算部７４０の出
力値を受けて出力させる。ここで、回転方向飽和器７７
０の動作は次の通りである。

【０２４３】図１３で、領域１の場合、復号化部で受信
した回転位置情報は下記式（１０７）で表わされ、現在
入力される回転位置情報はＱ_iであるために、復号化部
では物体を時計回り方向に回転させる。しかし、元の回
転方向はＱ_i-1からＱ_iに動くようになっているので反時
計回り方向に回転させるべきである。この上、回転方向
飽和器７７０では下記（Ｓ１０８）の位置で元の回転方
向と同じ方向、すなわち反時計回り方向に最大の動きを
有する回転位置に回転させる。

【０２４４】

【数１０８】

【０２４５】すなわち、前記（Ｓ１０８）の位置で１８
０°に近づく位置まで回転させる新たな回転情報を設定
する。このようにして回転方向を元の回転方向と一致さ
せつつ回転位置誤差を最小化することができる。このよ
うな回転方向飽和器７７０の動作を数式で表わすと下記
式（１０９）の通りである。

【０２４６】

【数１０９】

【０２４７】前記式（１０９）において、下記（Ｓ１１
０）は図１１の回転利得の調整値出力を意味し、下記
（Ｓ１１１）は図１４の四元数回転差演算部７４０の出
力値を意味し、δ_Tは０に近い小さな定数（例えば、δ_T
＝０．００１）とすることができ、このδ_Tの値の大き
さは符号化精度によって適宜決定される。

【０２４８】

【数１１０】

【０２４９】

【数１１１】

【０２５０】

【発明の効果】以上説明した通りに構成される本発明に
よれば、以下の効果を奏する。すなわち、オリエンテー
ション補間ノード情報のフィールドデータを符号化する
に当たって、時間領域でデータ重複性と量子化したシン
ボル間のビット重複性とを除去し、四元数空間で回転移
動の物理的特性を反映しつつも構成要素のための付加情
情報を除去してデータ伝送効率を更に高めることが可能
なオリエンテーション補間ノードの符号化装置及びその
方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の一般的なＤＰＣＭの原理を説明するため
のブロック図である。

【図２】本発明に係る第１実施例のオリエンテーション
補間ノードの符号化装置の概略的なブロック図である。

【図３】本発明に係る第１実施形態に含まれる回転差分
変換部の構成を示す図である。

【図４】本発明に係る第１実施形態に含まれる構成要素
調整部の原理を説明するための図である。

【図５】本発明に係る第１実施形態の符号化方法を説明
するためのフローチャートである。

【図６】本発明に係る第１実施形態における２種類のス
トリームデータの構造を示す図であって、図６（ａ）
は、サービスのリアルタイム性を考慮しない場合に提供
される最も簡単な形態のデータ構造を示し、図６（ｂ）
は、データサービスのリアルタイム性及び付加的な機能
性を提供することが可能なデータ構造を示す図である。

【図７】ＭＰＥＧ−４ＢＩＦＳの構文を示す図であり、
図７（ａ）は従来の構文を示し、図７（ｂ）は本発明に
よって改善された構文を示す図である。

【図８】本発明に係る第２実施形態のオリエンテーショ
ン補間ノード符号化装置のブロック図である。

【図９】本発明に係る第２実施形態に含まれる四元数変
換部の１形態を説明するためのブロック図である。

【図１０】本発明に係る第２実施形態に含まれる回転方
向誤差演算部の構成を示す図である。

【図１１】本発明に係る第２実施形態に含まれる符号化
装置の構成を示す図である。

【図１２】本発明に係る第２実施形態に含まれる予測部
を詳細に示すブロック図である。

【図１３】図８に示す符号化装置の１例の補正機能を説
明するためのブロック図である。

【図１４】図８に示す符号化装置の他の補正機能を説明
するためのブロック図である。

【図１５】本発明に係る第２実施形態の回転差分を用い
た四元数符号化において、回転方向誤差を説明するため
の図である。

【図１６】本発明に係る第２実施形態で、キーフレーム
除去部６５０のキーフレーム除去過程の第１段階を説明
するための図である。

【図１７】本発明に係る第２実施形態で、キーフレーム
除去部６５０のキーフレーム除去過程の第２段階を説明
するための図である。

【図１８】本発明に係る第２実施形態で、キーフレーム
除去部６５０のキーフレーム除去過程の第３段階を説明
するための図である。

【図１９】本発明に係る第２実施形態で、キーフレーム
除去部６５０のキーフレーム除去過程の第５段階を説明
するための図である。

【図２０】本発明に係る第２実施形態で、キーフレーム
除去部６５０のキーフレーム除去過程の第６段階を説明
するための図である。

【図２１】本発明に係る第２実施形態で、キーフレーム
除去部６５０のキーフレーム除去過程の第７段階を説明
するための図である。

【符号の説明】

６２０ 四元数変換部 ６５０ キーフレーム除去部 ７００ 差分四元数演算部 ８１０ 量子化部 ８２０ 可変長符号化部 ９１０ 逆量子化部 ９２０ 四元乗算部 ９３０ 遅延部 ９４０ 回転変換部 １０００ 予測部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鄭 錫 潤 大韓民国 漢城市 瑞草区 蚕院洞 52− ２番地 新盤浦13次アパート 328棟 601 号 (72)発明者 萬 相 玉 大韓民国 漢城市 麻浦区 桃花１洞 357番地 現代アパート 111棟 302号 Ｆターム(参考） 5B050 AA08 BA08 BA09 EA27 5C023 AA03 BA01 CA01 DA04 EA06 5C059 LB11 MA00 MC11 ME01 ME11 PP04 PP26 UA02 UA05 5J064 BA04 BA09 BB03 BB04 BC09 BC16 BD01

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 三次元空間で物体の回転情報を提供する
   オリエンテーション補間ノード情報の符号化装置におい
   て、 キーとキー値とを含むフィールドデータのうち、前記キ
   ー値のデータを四元数値に変換した後、回転差分変換し
   て差分パルスコード変調処理を実行する差分変調処理部
   と、 このように差分パルスコード変調処理されたキー値のデ
   ータを量子化して出力する量子化部と、 前記量子化された差分キー値のデータを可変長符号化す
   る可変長符号化部と、 前記量子化された差分キー値のデータを逆量子化して出
   力する逆量子化部と、 前記逆量子化された差分キー値を四元数乗算し、以前差
   分キー値と乗算して復号化されたキー値を算出する四元
   数乗算部と、 前記四元数乗算部の出力を遅延させる遅延部と、 前記遅延部の出力を受けて次の符号化すべき入力値を予
   測し、前記予測された入力値との差数を可変制御可能な
   予測差数制御機能を有する予測部と、を含んで構成され
   ることを特徴とするオリエンテーション補間ノード情報
   の符号化装置。
2. 【請求項２】 前記予測部は、 現在入力される四元数情報の時刻より以前に復元された
   全ての回転差分値を累積乗算した値を算出する四元数乗
   算部と、 前記四元数乗算部の出力値を多段階遅延させて時系列情
   報を生成する遅延部と、 前記遅延部の出力値の四元数空間上で線形組み合わせに
   より生成する現在の回転位置に対する予測値を生成する
   乗算器と、 前記乗算器の出力と前記予測値との加重値を指定する予
   測差数を入力されて前記乗算器出力と前記予測値との加
   重値を有する線形組み合わせにより差数可変予測作用を
   行なう予測器と、を含んで構成されることを特徴とする
   請求項１に記載のオリエンテーション補間ノード情報の
   符号化装置。
3. 【請求項３】 予測器と差分パルスコード変調処理部と
   で差分四元数値を算出する際、元の回転情報によって示
   される回転方向と同一方向に回転するように回転方向の
   補正機能を実行する回転方向補正器を更に含んで構成さ
   れることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の
   オリエンテーション補間ノード情報の符号化装置。
4. 【請求項４】 前記差分変調処理部により四元数空間情
   報に変換された回転情報のうちのいずれかのキーとそれ
   に対応するキー値情報とを除去する際、その除去前と比
   較してアニメーション経路間の誤差が、一定の基準値よ
   りも小さい場合に、そのキーとキー値情報とを除去する
   キーフレーム除去部を更に含んで構成されることを特徴
   とする請求項１に記載のオリエンテーション補間ノード
   情報の符号化装置。