JP2008527902A - 伸縮型符号化のための適応的エントロピー符号化及び復号化方法とその装置 - Google Patents

伸縮型符号化のための適応的エントロピー符号化及び復号化方法とその装置 Download PDF

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Abstract

多様なコンテキストモデルを利用した適応的エントロピー符号化及び複号化方法及びその装置が開示される。（ａ）符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するステップと、（ｂ）決定されたコンテキストを利用して、符号化要素をエントロピー符号化するステップと、を含むことを特徴とする階層的エントロピーの符号化方法である。これにより、伸縮型ビデオ符号化時に、階層的相関度を含む多様なコンテキストを利用してエントロピー符号化を行うことによって、符号化効率を向上させうる。

Description

本発明は、伸縮型符号化のための適応的エントロピー符号化及び復号化方法とその装置に係り、さらに詳細には、多様なコンテキストモデルを利用した適応的エントロピー符号化及び復号化方法とその装置に関する。
伸縮型ビデオ符号化は、多様な通信網及び端末の条件によって、伝送しようとするデータの量を適切に調整して伝送するためのビデオ符号化を称し、多様な伝送環境に対応して適応的にビデオを処理するために必須的に必要な技術である。現在、移動通信技術及び伝送手段の発達と高性能半導体及びビデオ圧縮技術の発達とにつれて、多様な伝送環境でビデオをサービスされようとする要求が急増している。
しかし、チャンネル帯域幅、端末器処理能力、パケット損失率、ユーザの移動環境による多様な環境変化に対応してビデオを処理するために、従来の特定通信環境を考慮して開発されたビデオ符号化技術は、伝送環境によって適応的にビデオ符号化を行うのに不適合である。伸縮型ビデオ符号化技術は、このような伝送環境に適応的な知能型技術のうち一つであって、一例として画面サイズのための空間伸縮型符号化、フレーム率に対する時間伸縮型符号化、そして画質を考慮したＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）伸縮型符号化がある。
従来のビデオ標準もかかる伸縮型ビデオ符号化技術を含んでいる。一例として、主にＡＴＭ（Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｄｅ）網におけるビデオデータの伝送を考慮したＭＰＥＧ−２伸縮型符号化、Ｈ.２６３ Ａｎｎｅｘ.ＯのＳＮＲ、時間的及び空間的な伸縮符号化、そしてＭＰＥＧ−４基盤の微細伸縮型符号化の技術が存在し、また、ＭＰＥＧ−４ ＡＶＣ基盤標準の伸縮型ビデオ符号化技術は、現在標準化が進行中である。現在標準化が進行中であるＭＰＥＧ−４ ＡＶＣ基盤伸縮型ビデオ符号化は、ＳＮＲ及び時間的／空間的側面で同時に伸縮型ビデオ符号化機能を支援することを目標としている。
図１は、伸縮型ビデオ符号化技術を適用してビデオを符号化する一例を説明するための参照図である。図１を参照するに、ＳＮＲ、時間的・空間的側面で何れも複合的に伸縮型符号化できるということが分かる。伸縮型符号化技術は、ビデオを階層単位で区分してネットワークの状態によって符号化する技術であり、上位階層は、下位階層のデータを使用して符号化する。
図１に示したビデオ符号化の例をさらに詳細に説明すれば、ビデオデータの伝送ビット率が４１ｋｂｐｓ以下である場合には、基本階層１１０のみで符号化し、４１ｋｂｐｓ超過８０ｋｂｐｓ以下である場合には、基本階層１１０のデータを利用して画質を向上させたＳＮＲ伸縮型符号化を行って、第１上位階層１２０を作って符号化する。基本階層１１０及び第１上位階層１２０は、何れも各フレームの画面サイズがＱＣＩＦ（Ｑｕａｒｔｅｒ Ｃｏｍｍｏｎ Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ Ｆｏｒｍａｔ）であり、秒当たり１５フレーム単位で符号化される。
一方、第２上位階層１３０及び第３上位階層１４０は、画面サイズがＣＩＦであり、秒当たり３０フレーム単位で符号化される。したがって、１１５ｋｂｐｓまでのビット率に該当する第２上位階層１３０は、ＱＣＩＦ画面サイズの第１上位階層１２０のフレームをアップサンプリングしてＣＩＦ画面サイズに作り、これを予測符号化して中間フレームであるＨフレームをさらに作ることによって完成される。第３上位階層１４０は、２５６ｋｂｐｓまでのビット率である時に作られ、第１上位階層１２０と同様に、直下階層である第２上位階層１３０のデータをもって画質を改善させたＳＮＲ伸縮型符号化を行って作られる。
各階層のＢ（Ｂｉ−ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ）フレームまたはＨ（Ｈｉｇｈ−ｐａｓｓ）フレームは、伝送順序上先立つフレームのみを動き補償時に参照画像として使用するため、時間的に伸縮型符号化が可能である。図１を参照するに、Ｉフレーム及びＰフレームあるいはＬ（Ｌｏｗ−ｐａｓｓ）フレームが、伝送順序上ＢフレームあるいはＨフレームより先立つということが分かる。同じＢフレーム及びＨフレーム間の伝送順序は、図１に示したように、割り当てられたインデックス（フレーム名称に上添字で表示される）によって変わる。同じＢフレーム同士は、そのインデックスが低いほど、Ｈフレーム同士は、そのインデックスが高いほど伝送順序が先立つ。
例えば、基本階層１１０あるいは第１上位階層１２０でＢ１フレームは、Ｉフレーム及びＰフレームを参照して動き補償され、Ｂ２フレームは、Ｂ１フレームを参照して動き補償される。また、第２上位階層１３０及び第３上位階層１４０で、Ｈ３フレームは、Ｌ３フレームを参照して動き補償され、同様に、Ｈ２フレームは、Ｈ３フレームを参照して動き補償される。したがって、基本階層１１０及び第１上位階層１２０でのフレーム伝送順序は、Ｉ→Ｐ→Ｂ１→Ｂ２→Ｂ３であり、第２上位階層１３０及び第３上位階層１４０でのフレーム伝送順序は、Ｌ３→Ｈ３→Ｈ２→Ｈ１→Ｈ０となり、同じインデックスを有するフレーム同士は、フレームが現れる時間順序によって伝送順序が決定される。このような時間伸縮型符号化、空間伸縮型符号化及びＳＮＲ伸縮型符号化を通じて各階層別ビット率によって復号化器は、該当階層まで復号可能である。
このように伸縮型ビデオ符号化技術は、既にＭＰＥＧ−２標準から標準として制定されて多くの研究が進められてきたが、現在商用化できていない。その最も大きい理由は、符号化効率が悪いのにある。すなわち、非伸縮型ビデオ符号化技術と比較するとき、伸縮型ビデオ符号化は、低画質の基本階層の画質を次第に改善する方式で符号化を行うため、同じビット率のビデオまたはオーディオとしても、場合によって深刻な質的劣化が発生する。このような符号化効率問題を克服しない限り、階層的符号化は、商用化され難い。
これにより、前述した階層的符号化時の符号化効率の低下を克服するための研究が活発に進められている。一例として、空間領域の伸縮型符号化時に、アップサンプリングされた下位階層の画像を動き補償時に活用することによって、各階層を独立的に符号化するのに比べて符号化効率を大きく向上させうる。言い換えれば、各階層間は、相関度が非常に高いため、このように階層間の相関度を利用すれば、予測符号化時に高い符号化効率が得られる。
しかし、従来の伸縮型ビデオ符号化技術では、エントロピー符号化の場合に、このような階層間の相関度を利用した符号化を行えず、非伸縮型ビデオ符号化と同じ方法によって符号化が行われたため、前述した符号化効率の低下問題を解決できなかった。
本発明が解決しようとする技術的課題は、複数の階層で符号化する伸縮型ビデオ符号化器でエントロピー符号化の効率を高めるために、階層間の符号化要素の相関度を利用したコンテキスト基盤適応的エントロピーの符号化方法及びこれによる符号化装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、階層間符号化要素の相関度を利用したコンテキスト基盤適応的エントロピーの復号化方法及びこれによる復号化装置を提供することである。
前記課題は、本発明によって、（ａ）符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するステップと、（ｂ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するステップと、を含むことを特徴とする階層的エントロピーの符号化方法によって達成される。
また、前記課題は、本発明によって、（ａ）符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換するステップと、（ｂ）前記符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するステップと、（ｃ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するステップと、を含むことを特徴とするエントロピーの符号化方法によっても達成される。
また、前記課題は、本発明によって、（ａ）エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するステップと、（ｂ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するステップと、を含むことを特徴とする階層的エントロピーの復号化方法によっても達成される。
また、前記課題は、本発明によって、（ａ）エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するステップと、（ｂ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するステップと、（ｃ）前記符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記エントロピー復号化された二進ストリングをシンボルに変換するステップと、を含むことを特徴とするエントロピーの復号化方法によっても達成される。
一方、本発明の他の分野によれば、前記課題は、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するエントロピー符号化エンジンとを備えることを特徴とする階層的エントロピーの符号化装置によっても達成される。
また、前記課題は、本発明によって、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換する二進ストリング変換部と、前記符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するエントロピー符号化エンジンと、を備えることを特徴とするエントロピーの符号化装置によっても達成される。
また、前記課題は、本発明によって、エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するエントロピー復号化エンジンと、を備えることを特徴とする階層的エントロピーの復号化装置によっても達成される。
また、前記課題は、本発明によって、エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するエントロピー復号化エンジンと、前記符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記エントロピー復号化された二進ストリングをシンボルに変換するシンボル値変換部と、を備えることを特徴とするエントロピーの復号化装置によっても達成される。
本発明によれば、伸縮型ビデオ符号化時に同一階層の符号化要素だけでなく、下位階層の符号化要素も利用してエントロピー符号化を行うことによって符号化効率を向上させうる。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施形態について詳細に説明する。
まず、以下では、本発明による階層間符号化要素の相関度を利用したコンテキスト基盤エントロピー符号化及び復号化について説明する以前に、まず、既存の通常的なエントロピー符号化及び復号化方式について説明する。さらに具体的に、高い符号化効率を有していて、Ｈ.２６４／ＭＰＥＧ−４ ＡＶＣ標準にも採択されているコンテキスト基盤適応的二進算術符号化（Ｃｏｎｔｅｘｔ−ｂａｓｅｄ Ａｄａｐｔｉｖｅ Ｂｉｎａｒｙ Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ Ｃｏｄｉｎｇ：ＣＡＢＡＣ）について詳細に説明した後、エントロピー符号化のための他の方式である適応的算術符号化、ハフマン符号化、単一可変長符号化（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｌｅｎｇｔｈ Ｃｏｄｉｎｇ：ＵＶＬＣ）方法について説明する。本発明は、ＣＡＢＡＣにのみ限定されるものではなく、一般的なエントロピー符号化及び復号化方法に何れも適用されうる。
図２は、ＣＡＢＡＣ符号化器の構成図である。図２のＣＡＢＡＣ符号化器は、それぞれの符号化要素（Ｓｙｎｔａｘ Ｅｌｅｍｅｎｔ：ＳＥ）を入力されて符号化し、二進ストリング変換部２１０、コンテキスト決定部２２０及び適応的算術符号化部２５０を備える。符号化要素ＳＥは、圧縮されたビットストリームを構成するデータを意味するものであって、画像を圧縮して表現するか、または圧縮されたデータの解析に必要なパラメータまたは各種のヘッダ情報及び残差情報を含む。例えば、Ｈ.２６４標準の場合には、いかなるエントロピー符号化方式が使われたかを表すｅｎｔｒｏｐｙ＿ｃｏｄｉｎｇ＿ｍｏｄｅ＿ｆｌａｇのようなパラメータやスライスのタイプを表すｓｌｉｃｅ＿ｔｙｐｅ、マクロブロックのタイプを表すｍｂ＿ｔｙｐｅとヘッダ情報、そして残差情報に該当するｃｏｅｆｆ＿ａｂｓ＿ｌｅｖｅｌ＿ｍｉｎｕｓ１が何れも符号化要素に属する。
二進ストリング変換部２１０は、符号化する符号化要素ＳＥのシンボル値を入力されて二進ストリングに変換する。二進ストリングは、０または１の二進値の連続した列で構成されるが、Ｈ.２６４標準に定義されたＢスライスのマクロブロックタイプであるｍｂ＿ｔｙｐｅがいかなる二進ストリングに変換されるかとの一例が表１に表示されている。表１を参照するに、Ｂスライスのｍｂ＿ｔｙｐｅで、シンボルＢ＿Ｌ０＿１６ｘ１６は、与えられたマクロブロックがＬ０（Ｌｉｓｔ ０）インデックスを参照して１６ｘ１６単位で動き補償されるということを意味し、シンボル値は１である。このようなシンボルＢ＿Ｌ０＿１６ｘ１６は、二進ストリング変換部２１０を通じて３個の二進値を有する二進ストリング“１００”に変換される。
表１で、ＢｉｎＩｄｘは、二進ストリングでの各二進値の位置を表す値である。例えば、ＢｉｎＩｄｘが０である二進値は、二進ストリングで第一の位置にある二進値を意味する。このようなシンボル値と二進ストリングとのマッピング関係は、一般的に各符号化要素別に定義される。
Figure 2008527902
与えられた符号化要素ＳＥの各シンボルは、二進ストリングに変換された後、コンテキスト決定部２２０によって決定されたコンテキストを参照して、順次に適応的算術符号化部２５０によってエントロピー符号化される。コンテキスト決定部２２０は、前記二進ストリングで０及び１の各二進値に対してコンテキストを決定する。コンテキストは、現在符号化するシンボルと関連した周辺状況を意味する。周辺状況については後述する。前記コンテキストは、確率推定部２３０で各二進値の０と１とに対して確率値を推定するのに使われるので、二進値のコンテキストが変われば、該当する各確率値も変わる。算術符号化エンジン２４０は、確率推定部２３０によって推定された確率値を利用して算術符号化を行い、符号化された０または１に対する確率推定部２３０の確率モデルを更新する。以下、図３Ａないし図３Ｂを参照して、コンテキスト決定について説明する。
図３Ａないし図３Ｂは、コンテキストの決定を説明するための参照図である。図３Ａで、Ｔ ３１０は、コンテキストテンプレートといい、現在符号化しようとする符号化要素より先に符号化された符号化要素の部分集合で形成される。また、場合によって、Ｔ ３１０は、前記部分集合に、現在符号化する符号化要素のシンボル値に対する二進ストリングの一部をさらに含むか、または前記二進ストリングの一部のみで形成されうる。そして、先に符号化されたシンボル及び現在符号化するシンボルの性質がＴ ３１０にさらに含まれるか、または前記シンボルの性質でのみ構成されうる。ＣＡＢＡＣのコンテキストテンプレートは、一例として、図３Ｂに示したように、現在符号化するシンボルが属するブロック３３０と隣接した左側ブロック３４０のシンボルＳ０及び隣接した上側ブロック３５０のシンボルＳ１で構成される。
例えば、表１でのＢスライス内のｍｂ＿ｔｙｐｅシンボルの場合、ＢｉｎＩｄｘが０である二進値のコンテキストは、左側及び上側ブロックのｍｂ＿ｔｙｐｅシンボルがそれぞれＤｉｒｅｃｔか否かによって決定される。また、これと共に、左側及び上側ブロックがスキップされたか、または存在していない場合に対しても、コンテキストが影響を受ける。したがって、ｍｂ＿ｔｙｐｅシンボルの第一の二進値を符号化するために必要なコンテキストテンプレートとしては、左側及び上側ブロックのｍｂ＿ｔｙｐｅシンボルと共に、各ブロックの性質に該当するスキップ情報及びブロックの存否が該当される。
一方、コンテキストテンプレートとして、現在符号化する二進値よりＢｉｎＩｄｘが小さい二進値が含まれる場合もある。例えば、表１のｍｂ＿ｔｙｐｅシンボルでＢｉｎＩｄｘが２である二進値のコンテキストを決定しようとする場合には、ＢｉｎＩｄｘが１である二進値がコンテキストテンプレートとして使われる。したがって、先に符号化されたＢｉｎＩｄｘが１である二進値が０なのか１なのかによって、ＢｉｎＩｄｘが２である二進値のコンテキストが変わる。
モデリング関数Ｆは、与えられた各シンボル値に対して前記コンテキストテンプレートＴ ３１０に属するシンボル｛Ｓ０，Ｓ１，．．．
，ＳＴ−１｝を入力されてコンテキスト集合Ｃ ３２０である｛Ｃ０，Ｃ１，．．．，ＣＮ−１｝のうち一つのコンテキストを決定する。表１のｍｂ＿ｔｙｐｅでＢｉｎＩｄｘが０である二進値に該当するモデリング関数は、次の式（１）の通りである。
ｃｔｘＩｄｘ＝ｃｏｎｄＴｅｒｍＦｌａｇ（Ａ）＋ｃｏｎｄＴｅｒｍＦｌａｇ（Ｂ）＋Ｏｆｆｓｅｔ （１）
ここで、ｃｔｘＩｄｘは、選択されたコンテキストＣを表示するインデックスを意味し、Ｏｆｆｓｅｔは、コンテキストが定義されたテーブルのうち、ｍｂ＿ｔｙｐｅの開始位置を知らせるインデックスの初期値を指す。ここで、ｃｏｎｄＴｅｒｍＦｌａｇ（Ｍ）は、ブロックＭの状態を表すものであって、ブロックＭが存在しないか（条件１）、ブロックＭがスキップされるか（条件２）、またはブロックＭのｍｂ＿ｔｙｐｅのシンボルがＤｉｒｅｃｔであれば（条件３）、ｃｏｎｄＴｅｒｍＦｌａｇ（Ｍ）値は、０となる。すなわち、条件１、条件２、条件３のうち何れか一つでも満足すれば、０となる。その他の場合は、１の値となる。ｍｂ＿ｔｙｐｅの例で、モデリング関数Ｆは、Ｆ：Ｔ＝｛Ｓ０，Ｓ１｝→Ｃ＝｛Ｃ０，Ｃ１，．．．，ＣＮ−１｝で表現される。このとき、Ｓ０とＳ１とは、図３Ｂに示したように、現在符号化されるブロック３３０の左側ブロック３４０と上位ブロック３５０とのｍｂ＿ｔｙｐｅが使われた場合であって、さらに具体的には、Ｓ０＝ｃｏｎｄＴｅｒｍＦｌａｇ（Ａ）、Ｓ１＝ｃｏｎｄＴｅｒｍＦｌａｇ（Ｂ）の場合である。
したがって、ブロックＡとブロックＢとの存否、スキップ如何及びｍｂ＿ｔｙｐｅシンボルをコンテキストテンプレートとして入力されてコンテキストインデックスｃｔｘＩｄｘを求め、このインデックスを有するコンテキストをコンテキスト集合から抽出して、該当コンテキストを決定する。
このように決定されたコンテキストは、適応的算術符号化部２５０で各二進値の確率を推定するのに使われる。適応的算術符号化部２５０は、確率推定部２３０と算術符号化エンジン２４０とで構成される。確率推定部２３０では、二進ストリング変換部２１０によって作られた二進値に該当するコンテキストを入力されて、０と１とに対する各確率を推定する。コンテキストに該当する確率値は、コンテキストと確率との間のマッピングテーブルを通じて決定される。このように決定された確率値は、算術符号化エンジン２４０で前記二進値を符号化するのに利用される。算術符号化エンジン２４０は、二進値を順次に符号化し、各符号化された二進値情報によって、確率推定部２３０が確率を更新するように確率更新を命令する。
一方、ＣＡＢＡＣ符号化器とは異なり、シンボルを二進化せず、シンボル値をそのまま算術符号化する一般的な算術符号化器は、ＣＡＢＡＣ符号化器で二進ストリング変換部２１０のみを除外させれば、その構成と機能とが同じである。この場合、コンテキスト決定部は、ＣＡＢＡＣ符号化器でシンボルの二進値に対してコンテキストを決定したことと異なり、シンボルのシンボル値に対してコンテキストを決定せねばならない。
図４は、ＣＡＢＡＣ復号化器の構成図である。
ＣＡＢＡＣ復号化器は、符号化器によって圧縮されたビデオデータである０と１とからなる圧縮ビット列からシンボルを抽出する。コンテキスト決定部４１０は、現在復号して作られる二進値に対するコンテキストを決定するものであって、復号して作られる二進ストリング内の二進値の各位置によってコンテキストを決定する。このように決定されたコンテキストは、適応的算術復号化部４５０で、入力されたビット列から二進値を復号するのに使われる。確率推定部４２０は、コンテキストを入力されて各二進値に対する０及び１の確率を推定する。算術復号化エンジン４３０は、推定された確率値をもって入力ビット列から二進値を順次に復号しつつ、二進値の確率を更新するために確率値を確率推定部４２０に伝達する。適応的算術復号化部４５０で順次に復号された二進値は、シンボル値変換部４４０を通じてシンボルデータに変換される。シンボルと二進値とのマッピングは、表１のようにＣＡＢＡＣ符号化器の二進ストリング変換部２１０で使われたものと同じマッピングテーブルを使用してなされる。
一方、前述したＣＡＢＡＣ復号化器とは異なり、算術復号化エンジンが直接シンボル値を生成する一般的な算術復号化器は、前記ＣＡＢＡＣ復号化器でシンボル値変換部４４０が不要である。
図５は、シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用して符号化するエントロピー符号化器の構成図である。
シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用して符号化する方法としては、ハフマン符号化、単一可変長符号化、Ｅｘｐ−Ｇｏｌｏｍｂ符号化方法がある。表２は、シンボルと符号語との間のマッピング情報の一例である。
Figure 2008527902
図５を参照するに、エントロピー符号化器は、コンテキスト決定部５１０、エントロピー符号化エンジン５２０及びシンボル−符号語マッピング情報保存部５３０を備える。エントロピー符号化エンジン５２０は、コンテキスト決定部５１０によって決定されたコンテキストによって、表２の例のように、入力されたシンボル値に該当する符号語を出力する。このとき、コンテキスト決定部５１０は、符号化するシンボルの周辺ブロックに属するシンボルまたは先に符号化されたシンボルをコンテキストテンプレートとして、これを基盤に符号化するシンボルに適用するコンテキストを決定する。エントロピー符号化エンジン５２０は、既定の複数のシンボル−符号語マッピング情報を保存しているシンボル−符号語マッピング情報保存部５３０から、このように決まったコンテキストに該当するマッピング情報を抽出し、入力されたシンボルをエントロピー符号化する。例えば、表２で、０≦ｎＣ＜２を満足する場合には、コンテキスト決定部５１０によってコンテキスト１が選択され、これにより、エントロピー符号化エンジン５２０は、シンボル−符号語マッピング情報保存部５３０から供給されたシンボル−符号語マッピング情報を利用して、入力されたシンボルに対する符号語を出力する。
ここで、ｎＣは、符号化されるシンボルの上側及び左側の周辺ブロック（図３ＢでのＳ０及びＳ１）にある０でない変換係数の平均個数を表す。すなわち、ｎＣは、図３Ａのモデリング関数の入力によって、Ｓ０及びＳ１ブロックの変換係数の数が与えられた時に、出力された０でない変換係数の平均値を意味する。
図６は、シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用して復号化するエントロピー復号化器の構成図である。
シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用して復号化する方法としては、ハフマン復号化、単一可変長復号化、Ｅｘｐ−Ｇｏｌｏｍｂ復号化方法がある。図６を参照するに、エントロピー復号化器は、コンテキスト決定部６１０、エントロピー復号化エンジン６２０及びシンボル−符号語マッピング情報保存部６３０を備える。
コンテキスト決定部６１０は、エントロピー符号化された符号化要素に対してコンテキストを決定する。シンボル−符号語マッピング情報保存部６３０は、表２の例のように、あらかじめ定義された複数のシンボル−符号語間のマッピング情報を保存している。エントロピー復号化エンジン６２０は、このようなマッピング情報を利用してエントロピー復号化を行う。
前述した適応的エントロピーの符号化方法は、符号化時に各二進値またはシンボルに対する確率をコンテキストによって適応的に調節するため、その確率が固定された場合より符号化効率が良好である。その理由は、確率が固定された場合には、各シンボルについて事前に訓練された確率を適用するため、実際発生確率との差が生じる場合には、損失が発生するためである。しかし、前述したＣＡＢＡＣ符号化方法をはじめとする適応的エントロピーの符号化方法が伸縮型ビデオ符号化器に適用される場合、符号化効率の側面で改善の余地が残っている。伸縮型ビデオ符号化に、かかるコンテキスト基盤適応的エントロピーの符号化方法を適用する場合に、階層間の類似度を利用してさらに正確な確率推定が可能であるためである。
言い換えれば、本発明のエントロピーの符号化方法は、与えられた符号化要素ＳＥのシンボルをエントロピー符号化する時に、同一階層の同一または他の符号化要素ＳＥのシンボルだけでなく、下位階層に属する同一または他の符号化要素ＳＥのシンボルまで参照するに、さらに正確な統計的な特性が分かるので、エントロピー符号化効率を向上させうるということに基づく。これは、符号化要素ＳＥによって、現在符号化する符号化要素ＳＥが、同一階層の周辺ブロックに属する符号化要素ＳＥより下位階層に属する符号化要素ＳＥとさらに相関度が高い場合もあるためである。
このために本発明による適応的エントロピー符号化器のコンテキスト決定部は、コンテキスト決定時に同一階層の符号化要素だけでなく、下位階層情報まで参照してコンテキストを決定する。以下では、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、本発明のコンテキスト決定部の動作を詳細に説明する。
図７Ａ及び図７Ｂは、本発明によるコンテキスト決定部の動作を説明するための参照図である。図７Ａ及び図７Ｂを参照するに、本発明のコンテキスト決定部は、従来のエントロピーの符号化方法のコンテキスト決定部と比較する時に、次のような差がある。まず、コンテキストテンプレートＴ ７１０は、従来使われたコンテキストテンプレート｛Ｓ０，Ｓ１，．．．，ＳＴ−１｝に、下位階層に該当する同一または他の符号化要素ＳＥのシンボル及び関連した性質に該当する情報｛ＳＴ，ＳＴ＋１，．．．，ＳＴ＋Ｋ−１｝を追加的に含む。例えば、図７Ｂに示したように、現在ブロック７３１が属する階層が第Ｍ階層７３０といえば、同じＭ階層７３０に属する周辺ブロックのシンボル｛Ｓ０，Ｓ１｝と共に、現在階層より下位に存在する第Ｍ−１階層７４０から第０階層７５０まで、各下位階層に存在するシンボル｛ＳＴ，ＳＴ＋１，．．．，ＳＴ＋Ｋ−１｝もコンテキストテンプレート７１０に含む。コンテキストテンプレート７１０に下位階層に該当するシンボルが追加されることによって、コンテキスト集合Ｃ ７２０にも既存使われたコンテキスト｛Ｃ０，Ｃ１，．．．，ＣＮ−１｝に新たなコンテキスト｛ＣＮ，ＣＮ＋１，．．．，ＣＮ＋Ｑ−１｝が追加される。
一方、前記下位階層のブロックは、現在階層と同じ位置に該当するブロックとこれを中心にした周辺ブロックとを備えることが望ましい。図７Ｂを参照するに、第Ｍ−１階層７４０のシンボルＳＴ７４１及び第０階層７５０のシンボルＳＴ＋Ｋ−５７５１が、現在ブロック７３１と同じ位置に該当するブロックのシンボルである。現在階層と下位階層との画像サイズが異なる場合には、アップサンプリングまたはダウンサンプリングを通じて画像のサイズを合せた場合に、現在ブロックの位置と同じ位置に該当するブロックが決定されることが望ましい。
前記階層は、伸縮型ビデオ符号化の種類によって、時間的階層、空間的階層、ＳＮＲ階層、またはこの３つが混合された形態の階層となりうる。
図８Ａないし図８Ｇは、本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。図８Ａは、エントロピーの符号化方法としてＣＡＢＡＣが使われた場合であり、図８Ｂは、一般的な算術符号化方法が使われた場合であり、図８Ｃは、シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用した符号化方法が使われた場合であり、図８Ｄは、下位階層の情報が二進化にも使われた時のＣＡＢＡＣ符号化器の構成図である。
図８Ａのエントロピー符号化器で、二進ストリング変換部８１０は、符号化する符号化要素ＳＥのシンボルを二進ストリングに変換する。コンテキスト決定部８１２は、変換された二進ストリングの各二進値に対するコンテキストを決定する。各二進値に該当するコンテキストを決定する時に、同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層符号化要素保存部８１４から下位階層に属する符号化要素情報を読み込んで、コンテキストテンプレートに追加してコンテキスト決定時に使用する。確率推定部８１６は、コンテキスト決定部８１２で決定されたコンテキストをもって確率値を探し、算術符号化エンジン８１８は、確率値と二進値とをそれぞれ入力されて算術符号化を行う。
図８Ｂのエントロピー符号化器では、図８ＡのＣＡＢＡＣ符号化方法を使用したエントロピー符号化器とは異なり、シンボル値を二進ストリングに変換する過程が不要であるので、図８Ａのエントロピー符号化器で二進ストリング変換部８１０が省略される。したがって、図８Ｂのコンテキスト決定部８２０は、同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層符号化要素保存部８２２から下位階層に属する符号化要素情報を読み込んで、コンテキストテンプレートに追加して符号化するシンボル値に対するコンテキストを決定する。確率推定部８２４は、コンテキスト決定部８２０で決定されたコンテキストをもって確率値を探し、算術符号化エンジン８２６は、入力されたシンボル値に対して算術符号化する。
図８Ｃのエントロピー符号化器でも、コンテキスト決定部８３０は、同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層符号化要素保存部８３２から下位階層に属する符号化要素情報を読み込んで、コンテキストテンプレートに追加して符号化するシンボル値に対するコンテキストを決定する。決定されたコンテキストは、シンボル−符号語マッピング情報保存部８３４で複数のマッピング関係のうち一つのマッピング関係を選択する過程で利用される。エントロピー符号化エンジン８３６は、シンボルと符号語とのマッピング関係をもって、入力されたシンボルに対して該当する符号語を出力する。
図８Ｄは、下位階層に属する符号化要素情報がコンテキスト決定部８４２だけでなく、二進ストリング変換部８４０でシンボルを二進化する過程で使われる場合のエントロピー符号化器を示す図である。すなわち、与えられた符号化要素に対してシンボルを符号化する時に、ＣＡＢＡＣ符号化器の二進ストリング変換部８４０は、同一または下位階層の同一または他の符号化要素のシンボル、または符号化要素の性質を表す情報を利用してシンボルを二進ストリングに変換する。言い換えれば、二進ストリングへの変換において、同一階層の符号化要素のみを参照してもよく、同一階層の符号化要素と下位階層の符号化要素とを共に参照してもよく、下位階層の符号化要素のみを参照してもよい。その他に、下位階層符号化要素保存部８４４、コンテキスト決定部８４２、確率推定部８４６及び算術符号化エンジン８４８は、図８Ａのそれと同じである。
一方、前記のように二進ストリングに変換する関係自体を、同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層のみの符号化要素を参照して適応的に変換する方法は、コンテキスト決定部が下位階層または同一階層の符号化要素を参照するか否かに関係なく、その自体にも符号化効率を高める効果がある。これについての望ましい実施形態が図８Ｅに開示されている。すなわち、コンテキスト決定部８５２は、図２で説明したように、同一階層の符号化要素情報のみを参照し、二進ストリング変換部８５０は、同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層のみの符号化要素を参照する。したがって、階層符号化要素保存部８５４は、前記参照情報選択によって同一階層のみ、または同一階層と下位階層、または下位階層のみの符号化要素を保存する。
二進ストリング変換部８４０，８５０の具体的な実施形態として、シンボルのシンボル値と二進ストリングとの間に複数のマッピングテーブルを保存して、前記参照情報の選択によって各テーブルのうち一つのマッピングテーブルを選択する方法、またはシンボルのシンボル値と二進値とのマッピング関係は、固定されたテーブルを使用するが、シンボルとシンボル値との関係を前記参照情報の選択によってリマッピングする方法がある。前者は、シンボルに対する二進ストリング値自体を異ならせることである。例えば、ｍｂ＿ｔｙｐｅシンボル値１に対する二進ストリングが“１００”であったものを他の値にして、テーブルを新たに構成することである。後者は、表１のように、与えられたテーブル内でシンボル値と二進ストリングとのマッピング関係のみを異ならせる方法であって、シンボル値１に対する二進ストリングが“１００”であり、シンボル値２に対する二進ストリングが“１０１”である時に、これらの関係を異ならせてシンボル値１に対する二進ストリングを“１０１”にし、シンボル値２に対する二進ストリングを“１００”にすることである。
本発明の実施形態の具現において、図８Ａ及び図８Ｂに示したように、コンテキスト決定部８１２，８２０と確率推定部８１８，８２４とが分離されて具現されることもあるが、さらに他の実施形態では、図８Ｆ及び図８Ｇに示したように、図８Ａのコンテキスト決定部８１２に確率推定部８１８の機能が合せられて新たなコンテキスト決定部８６０を具現し、図８Ｂのコンテキスト決定部８２０に確率推定部８２４の機能が合せられて新たなコンテキスト決定部８７０を具現しうる。図８Ａ及び図８Ｂの実施形態では、コンテキスト決定部８１２，８２０の決定したコンテキストによって確率推定部８１８，８２４が特定確率値を定める形態であるが、図８Ｆ及び図８Ｇでは、コンテキスト決定部８６０，８７０自体が特定確率値を定める。もちろん、この場合にコンテキスト決定部８６０，８７０は、確率更新の機能も共に行う。
実際の具現において、同じの変形が図８Ｄ及び図８Ｅでも可能であるというのはいうまでもない。
図９Ａないし図９Ｇは、圧縮されたビットストリームを入力されて、本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。
さらに詳細には、図９Ａないし図９Ｄは、それぞれ図８Ａないし図８Ｄのエントロピー符号化器に対応するエントロピー復号化器の構成図である。したがって、図９Ａは、エントロピーの復号化方法としてＣＡＢＡＣが使われた場合であり、図９Ｂは、一般的な算術復号化方法が使われた場合であり、図９Ｃは、シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用した復号化方法が使われた場合であり、図９Ｄは、下位階層の情報が二進化にも使われた時のＣＡＢＡＣ復号化器の構成図である。
図９Ａのエントロピー復号化器で、コンテキスト決定部９１０は、エントロピー符号化されたビット列から現在復号して作られる二進値に対するコンテキストを決定するものであって、復号して作られる二進ストリング内の二進値の各位置によってコンテキストを決定する。各二進値に該当するコンテキストを決定する時に、同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層符号化要素保存部９１１から下位階層に属する符号化要素情報を読み込んで、コンテキストテンプレートに追加してコンテキストの決定時に使用する。このように決定されたコンテキストは、エントロピー復号化部９１２で、入力されたビット列から二進値を復号するのに使われる。確率推定部９１３は、コンテキストを入力されて各二進値に対する０及び１の確率を推定する。算術復号化エンジン９１４は、推定された確率値をもってビット列から二進値を順次に復号しつつ、その結果を、二進値の確率を更新するために確率値を確率推定部９１３に伝達する。算術復号化エンジン９１４で順次に復号された二進値は、シンボル値変換部９１５を通じてシンボルデータに変換される。
一方、前述したＣＡＢＡＣ符号化器とは異なり、算術復号化エンジンが直接シンボル値を生成する一般的な算術復号化器は、前記ＣＡＢＡＣ復号化器でシンボル値変換部９１５のみを除外させれば、その構成及び機能が同一である。しかし、具体的な具現例は変わりうるので、参照番号は、異なって表示する。
図９Ｃのエントロピー復号化器で、コンテキスト決定部９２０は、シンボルの二進値の代わりにシンボル値をもって、同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層符号化要素保存部９２１から下位階層に属する符号化要素情報を読み込んで、コンテキストテンプレートに追加してコンテキストを決定する。決定されたコンテキストは、シンボル−符号語マッピング情報保存部９２３で複数のマッピング関係のうち一つのマッピング関係を選択する過程で利用される。エントロピー復号化エンジン９２４は、選択されたシンボルと符号語とのマッピング関係をもって、符号語に対して該当するシンボルを出力する。
図９Ｄのエントロピー復号化器では、下位階層符号化要素保存部９３１に保存されている下位階層符号化要素に属する符号化要素情報が、コンテキスト決定部９３０だけでなく、シンボル値変換部９３２で二進値をシンボル値に変換する過程で使われる。その詳細な過程は、図８Ｄを参照して説明した二進ストリング変換過程の逆過程と同一である。
一方、前記のように、シンボル値に変換する関係自体を同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層のみの符号化要素を参照して適応的に変換する方法は、コンテキスト決定部が下位階層または同一階層の符号化要素を参照するか否かに関係なく、その自体にも符号化効率を高める効果がある。これについての望ましい実施形態が図９Ｅに開示されている。すなわち、コンテキスト決定部９４０は、図４で説明したように、同一階層の符号化要素情報のみを参照し、シンボル値変換部９４２は、同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層のみの符号化要素を参照する。したがって、階層符号化要素保存部９４４は、前記参照情報選択によって同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層の符号化要素を保存する。
本発明の実施形態の具現において、図９Ａ及び図９Ｂに示したように、コンテキスト決定部９１０，９１６と確率推定部９１３，９１８とが分離されて具現されうるが、さらに他の実施形態では、図９Ｆ及び図９Ｇに示したように、図９Ａのコンテキスト決定部９１０に確率推定部９１３の機能が合せられて新たなコンテキスト決定部９５０が具現されうる。同様に、図９Ｂのコンテキスト決定部９１６に確率推定部９１８の機能が合せられて新たなコンテキスト決定部９６０を具現しうる。図９Ａ及び図９Ｂの実施形態では、コンテキスト決定部９１０，９１６が決定したコンテキストによって確率推定部９１３，９１８が特定確率値を定める形態であるが、図９Ｆ及び図９Ｇでは、コンテキスト決定部９５０，９６０自体が特定確率値を定める。もちろん、この場合に、コンテキスト決定部９５０，９６０は、確率更新の機能も共に行う。
図１０Ａないし図１０Ｃは、本発明の一実施形態によるエントロピーの符号化方法を示すフローチャートである。
符号化する符号化要素のシンボルを入力される（Ｓ１０１０）。場合によって、入力された符号化要素のシンボル値は、二進ストリングに変換される。二進ストリングへの変換の一例は、表１を参照して前述した通りである。次いで、前記符号化要素のシンボル値または二進ストリングの各二進値に該当するコンテキストを決定する（Ｓ１０１２）。このとき、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定する。コンテキストの決定は、図７Ａ及び図７Ｂを参照して前述した通りである。
選択されたコンテキストによって、前記符号化要素に対する確率を推定し（Ｓ１０１４）、推定された確率値を利用してエントロピー符号化する。もし、表１を参照して、前述したようにエントロピー符号化するために、二進ストリングに変換した場合には、０の値と１の値とに対する確率を推定し、推定された確率値を利用して、入力された符号化要素のシンボル値または二進値をエントロピー符号化する（Ｓ１０１６）。また、エントロピー符号化した符号化要素のシンボル値または二進化した値によって確率モデルを更新する（Ｓ１０１８）。また、場合によっては、コンテキストの決定ステップ（Ｓ１０１２）と確率推定ステップ（Ｓ１０１４）との２ステップが一つのステップになり、明示的なコンテキストの決定なしに、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照して、前記符号化要素に対する確率を推定させてもよい。
図１０Ｂを参照して、本発明のさらに他の実施形態によるエントロピーの符号化方法を説明すれば、符号化する符号化要素のシンボルを入力された後（Ｓ１０２０）、前記符号化要素に該当するコンテキストを決定する（Ｓ１０２２）。このとき、前記コンテキストを決定するステップ（Ｓ１０２２）の説明は、図１０Ａを参照して前述したコンテキスト決定ステップＳ１０１２と同一である。前記決定されたコンテキストによって、図８Ｃを参照して前述したように、複数のシンボル−符号語マッピング関係のうち一つのマッピング関係を選択する（Ｓ１０２４）。以後に選択されたマッピング関係によって、前記入力された符号化要素に対するエントロピー符号化が行われ（Ｓ１０２６）、該当符号語が出力される。また、図１０Ｂの場合にも、コンテキストの決定ステップ（Ｓ１０２２）とマッピング関係選択ステップ（Ｓ１０２４）との２ステップが一つのステップになり、明示的なコンテキストの決定なしに、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照して、前記符号化要素を符号化するシンボル−符号語マッピング関係を選択させうる。
図１０Ｃを参照して、同一階層または下位階層の情報が二進化にも使われた時のＣＡＢＡＣエントロピーの符号化方法を説明すれば、符号化する符号化要素のシンボルを入力される（Ｓ１０３０）。入力された符号化要素のシンボル値は、二進ストリングに変換される（Ｓ１０３２）。二進ストリング変換ステップで、各シンボルは、同一階層または下位階層に該当する符号化要素情報によって二進ストリングが決定される。すなわち、与えられた符号化要素に対してシンボルを二進化する時に、同一階層のみ、または同一階層と下位階層、または下位階層にある同一または他の符号化要素のシンボルまたは符号化要素の性質を表す情報を利用して、シンボルを二進ストリングに変換する。言い換えれば、二進ストリングへの変換において、同一階層の符号化要素のみを参照してもよく、同一階層の符号化要素と下位階層の符号化要素とを共に参照してもよく、下位階層の符号化要素のみを参照してもよい。
次いで、二進化された前記符号化要素のシンボルの各二進値に該当するコンテキストを決定する（Ｓ１０３４）。このとき、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層のみの符号化要素を参照するか、同一階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定する。コンテキストの決定は、図７Ａ及び図７Ｂを参照して前述した通りである。
選択されたコンテキストによって、前記符号化要素に対する確率を推定し（Ｓ１０３６）、推定された確率値を利用してエントロピー符号化する。もし、表１を参照して前述したように、エントロピー符号化するために二進ストリングに変換した場合には、０の値と１の値とに対する確率を推定し、推定された確率値を利用して、符号化要素をエントロピー符号化する（Ｓ１０３８）。また、エントロピー符号化した符号化要素のシンボル値または二進化した値によって確率モデルを更新する（Ｓ１０４０）。また、場合によっては、コンテキストの決定ステップ（Ｓ１０３４）と確率推定ステップ（Ｓ１０３６）との２ステップが一つのステップになり、明示的なコンテキストの選択なしに、符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照して前記符号化要素に対する確率を推定させてもよい。
図１１Ａないし図１１Ｃは、本発明の一実施形態によるエントロピーの復号化方法を示すフローチャートである。図１１Ａを参照して、ＣＡＢＡＣを利用したエントロピーの復号化方法を説明すれば、圧縮ビット列を入力され（Ｓ１１１０）、復号して作られる二進ストリング内の二進値の各位置によってコンテキストを決定する（Ｓ１１１２）。各二進値に該当するコンテキストを決定するとき（Ｓ１１１２）、図９Ａで前述したように、同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層に属する符号化要素情報までも参照する。このようなコンテキストの決定は、図７Ａ及び図７Ｂを参照して前述した通りである。決定されたコンテキストによって、各二進値０及び１のデータに対する確率を推定する（Ｓ１１１４）。推定された確率を利用して圧縮ビット列から二進値を順次に復号化するエントロピー復号化を行う（Ｓ１１１６）。また、順次に復号化された二進値によって、０及び１の各二進値に対する確率モデルが更新される（Ｓ１１１８）。エントロピー復号化を通じて復号化された二進値は、シンボル値に変換される（Ｓ１１１９）。シンボル値変換ステップ（Ｓ１１１９）は、図９Ａのシンボル値変換部９１５を参照して前述した通りである。
一方、前記ＣＡＢＡＣを利用したエントロピーの復号化方法と異なり、エントロピー復号化（Ｓ１１１６）過程で直接シンボル値を生成する一般的な算術復号化方法の場合にも、図１１Ａの方法が適用されうる。この場合には、シンボル値変換（Ｓ１１１９）ステップが図１１Ａで除外される場合であって、前記図１１Ａの説明がそのまま適用される。但し、エントロピー復号化ステップ（Ｓ１１１６）は、二進化された値を復号化するものではなく、シンボル値を復号化するので、前記コンテキスト決定（Ｓ１１１２）ステップは、復号して作られるシンボルに対するコンテキストを決定する。また、決定されたコンテキストによって各シンボル値に対する確率が推定される（Ｓ１１１４）。前記コンテキストを決定するとき（Ｓ１１１２）、同じ階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層に属する符号化要素情報までも参照する。推定された確率を利用して圧縮ビット列からシンボル値を復号化するエントロピー復号化（Ｓ１１１６）を行った後、復号化されたシンボル値によって該当シンボル値に対する確率モデルが更新される（Ｓ１１１８）。
図１１Ｂを参照して、シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用した復号化方法を説明すれば、先に圧縮されたビット列を入力される（Ｓ１１２０）。次いで、復号化するシンボルと同一階層に属する符号化要素情報だけでなく、下位階層に属する符号化要素情報を読み込んで、コンテキストテンプレートに追加して復号化するシンボルのコンテキストを決定する（Ｓ１１２２）。決定されたコンテキストを利用して、図９Ｃを参照して前述したように、複数のマッピング関係のうち一つのマッピング関係を選択する（Ｓ１１２４）。このように選択されたシンボルと符号語とのマッピング関係をもって、圧縮されたビット列の符号語に対して該当するシンボルを出力する（Ｓ１１２６）。
図１１Ｃを参照して、同一階層または下位階層の情報が二進化にも使われた時のＣＡＢＡＣ復号化方法を説明すれば、圧縮ビット列を入力され（Ｓ１１３０）、復号して作られる二進ストリング内の二進値の各位置によってコンテキストを決定する（Ｓ１１３２）。決定されたコンテキストによって、各二進値０及び１のデータに対する確率を推定する（Ｓ１１３４）。推定された確率を利用して、圧縮ビット列から二進値を順次に復号化するエントロピー復号化を行う（Ｓ１１３６）。また、順次に復号化された二進値によって、０及び１の各二進値に対する確率モデルが更新される（Ｓ１１３８）。エントロピー復号化を通じて復号化された二進値は、シンボル値に変換される（Ｓ１１４０）。このとき、二進値がシンボル値に変換される過程は、図９Ｅを参照して前述した通りである。すなわち、二進値がシンボル値に変換されるとき、復号化して得られる符号化要素と同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層の同一または他の符号化要素のシンボルまたは符号化要素の性質を表す情報を参照する。
前記のように、シンボル値に変換する関係自体を、同一階層、または同一階層と下位階層、または下位階層のみの符号化要素を参照して適応的に変換する方法は、コンテキスト決定ステップで、下位階層または同一階層の符号化要素を参照するか否かに関係なく、その自体にも符号化効率を高める効果がある。
図１２は、本発明のエントロピー符号化器を備えたビデオ符号化装置の一例を示すブロック図である。
ビデオ符号化装置は、動き推定部１２０２、動き補償部１２０４、イントラプレディクション実行部１２０６、変換部１２０８、量子化部１２１０、再整列部１２１２、エントロピー符号化部１２１４、逆量子化部１２１６、逆変換部１２１８、フィルタ１２２０及びフレームメモリ１２２２を備える。
符号化装置は、色々な符号化モードのうち選択された一つの符号化モード下で、現在ピクチャーのマクロブロックに対して符号化を行う。このために、インタープレディクション及びイントラプレディクションの有しうる全てのモード下で符号化を行って率−歪曲コスト（Ｒａｔｅ−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ Ｃｏｓｔ：ＲＤｃｏｓｔ）を計算して、その値が最も小さいモードを最適モードに定めて、そのモード下で符号化を行う。インタープレディクションのために、現在ピクチャーのマクロブロックの予測値を参照ピクチャーで探すのは、動き推定部１２０２で行われる。そして、動き補償部１２０４は、１／２画素または１／４画素単位で参照ブロックが見つけられた場合には、これらの中間画素値を計算して参照ブロックデータ値を定める。このように、インタープレディクションは、動き推定部１２０２と動き補償部１２０４とで行われる。
また、現在ピクチャーのマクロブロックの予測値を現在ピクチャー内で探すイントラプレディクションがイントラプレディクション実行部１２０６で行われる。現在マクロブロックに対してインタープレディクションを行うか、またはイントラプレディクションを行うかというのは、全ての符号化モード下での率−歪曲コストを計算して、その値が最も小さいモードを前記ブロックの符号化モードと決定してマクロブロックに対する符号化を行う。
このように、インタープレディクションまたはイントラプレディクションが行われて、現在フレームのマクロブロックが参照する予測データが見つけられたとすれば、これを現在ピクチャーのマクロブロックから差し引いて変換部１２０８で変換を行った後に量子化部１２１０で量子化を行う。現在フレームのマクロブロックから動き推定された参照ブロックを差し引いたことを残差というが、符号化時のデータ量を減らすために残差値を符号化することである。量子化された残差値は、エントロピー符号化部１２１４でエンコーディングするために再整列部１１２を経る。エントロピー符号化部１２１４は、図８Ａないし図８Ｇを参照して、前述したように構成される。
一方、インタープレディクションに使われる参照ピクチャーを得るために、量子化されたピクチャーを逆量子化部１２１６と逆変換部１２１８とを経て現在ピクチャーを復元する。このように復元された現在ピクチャーは、フレームメモリに保存され、次のピクチャーに対してインタープレディクションを行うのに使われる。復元されたピクチャーがフィルタ１２２０を通過すれば、元来のピクチャーで若干の符号化エラーを含むピクチャーとなる。
図１３は、本発明のエントロピー復号化器を備えたビデオ復号化装置の一例を示すブロック図である。
ビデオ復号化装置は、エントロピー復号化部１３１０、再整列部１３２０、逆量子化部１３３０、逆変換部１３４０、イントラプレディクション実行部１３５０、動き補償部１３６０、フィルタ１３７０及びフレームメモリ１３８０を備える。
ビデオ符号化装置によって符号化されたビットストリームが入力されれば、エントロピー復号化部１３１０は、エントロピー復号化してシンボルデータを抽出する。以下の構成要素は、図１２を参照して前述した構成要素とその機能が同一である。
一方、前述したエントロピー符号化及び復号化方法は、コンピュータプログラムで作成可能である。前記プログラムを構成するコード及びコードセグメントは、当該分野のコンピュータプログラマによって容易に推論されうる。また、前記プログラムは、コンピュータで読み取り可能な情報記録媒体に保存され、コンピュータによって読み取られて実行されることによって、エントロピー符号化及び復号化方法を具現する。前記情報記録媒体は、磁気記録媒体、光記録媒体、及びキャリアウェーブ媒体を含む。
以上、本発明についてその望ましい実施形態を中心に説明した。当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で変形された形態で具現されうるということが分かるであろう。したがって、開示された実施形態は、限定的な観点でなく、説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は、前述した説明でなく、特許請求の範囲に表れており、それと同等な範囲内にある全ての差異点は、本発明に含まれたものと解釈されねばならない。
伸縮型ビデオ符号化技術を適用してビデオを符号化する一例を説明するための参照図である。 ＣＡＢＡＣ符号化器の構成図である。 コンテキストの決定を説明するための参照図である。 コンテキストの決定を説明するための参照図である。 ＣＡＢＡＣ復号化器の構成図である。 シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用して符号化するエントロピー符号化器の構成図である。 シンボルと符号語との間のマッピング情報を利用して復号化するエントロピー復号化器の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部の動作を説明するための参照図である。 本発明によるコンテキスト決定部の動作を説明するための参照図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー符号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明によるコンテキスト決定部を利用した適応的エントロピー復号化器の一実施形態の構成図である。 本発明の一実施形態によるエントロピーの符号化方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエントロピーの符号化方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエントロピーの符号化方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエントロピーの復号化方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエントロピーの復号化方法を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態によるエントロピーの復号化方法を示すフローチャートである。 本発明のエントロピー符号化器を備えるビデオ符号化装置の一例を示すブロック図である。 本発明のエントロピー復号化器を備えたビデオ復号化装置の一例を示すブロック図である。

Claims (45)

  1. （ａ）符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するステップと、
    （ｂ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するステップと、を含むことを特徴とする階層的エントロピーの符号化方法。
  2. 前記（ａ）ステップで参照する符号化要素は、前記符号化しようとする符号化要素と同じ種類の符号化要素であることを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  3. 前記コンテキストは、確率値を指示することを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  4. 前記コンテキストは、既定のシンボル−符号語間の関係を指示することを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  5. 前記（ａ）ステップで参照する符号化要素は、前記符号化しようとする符号化要素と同じ種類の符号化要素及び他の種類の符号化要素を含むことを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  6. 前記（ｂ）ステップでのエントロピー符号化は、
    所定の算術式を利用する算術符号化、またはシンボル−符号語間の関係を利用した符号化であることを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  7. 前記（ｂ）ステップでのエントロピー符号化は、既定のシンボル−符号語間のマッピング情報を有しており、これを利用して行われることを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  8. 前記（ｂ）ステップでのエントロピー符号化は、
    二進算術符号化、算術符号化、ハフマン符号化または単一可変長符号化であることを特徴とする請求項６に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  9. （ａ０）前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  10. 前記（ａ０）ステップは、
    前記符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換するステップであることを特徴とする請求項９に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  11. 前記（ａ０）ステップで、
    前記参照する符号化要素によって、符号化しようとする符号化要素と二進ストリングとのマッピング関係が固定的であるか、または可変的に変わることを特徴とする請求項１０に記載の階層的エントロピーの符号化方法。
  12. （ａ）符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換するステップと、
    （ｂ）前記符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するステップと、
    （ｃ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するステップと、を含むことを特徴とするエントロピーの符号化方法。
  13. （ａ）エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するステップと、
    （ｂ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するステップと、を含むことを特徴とする階層的エントロピーの復号化方法。
  14. 前記（ａ）ステップで参照する符号化要素は、前記符号化された符号化要素と同じ種類の符号化要素であることを特徴とする請求項１３に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  15. 前記コンテキストは、確率値を指示することを特徴とする請求項１３に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  16. 前記コンテキストは、既定のシンボル−符号語間の関係を指示することを特徴とする請求項１３に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  17. 前記（ａ）ステップで参照する符号化要素は、
    前記符号化された符号化要素と同じ種類の符号化要素及び他の種類の符号化要素を含むことを特徴とする請求項１３に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  18. 前記（ｂ）ステップでのエントロピー復号化は、
    所定の算術式を利用する算術復号化、またはシンボル−符号語間の関係を利用した復号化であることを特徴とする請求項１３に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  19. 前記（ｂ）ステップでのエントロピー復号化は、
    二進算術復号化、算術復号化、ハフマン復号化または単一可変長復号化であることを特徴とする請求項１８に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  20. （ｃ）復号化された二進ストリングをシンボル値に変換するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  21. 前記（ｃ）ステップは、
    符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記エントロピー復号化された二進ストリングをシンボルに変換するステップであることを特徴とする請求項２０に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  22. （ａ）エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するステップと、
    （ｂ）前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するステップと、
    （ｃ）前記符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記エントロピー復号化された二進ストリングをシンボルに変換するステップと、を含むことを特徴とするエントロピーの復号化方法。
  23. 前記（ｃ）ステップで、
    前記参照する符号化要素によって、二進ストリングとシンボルとのマッピング関係が固定的であるか、または可変的に変わることを特徴とする請求項２２に記載の階層的エントロピーの復号化方法。
  24. 符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、
    前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するエントロピー符号化エンジンと、を備えることを特徴とする階層的エントロピーの符号化装置。
  25. 前記コンテキスト決定部は、前記符号化しようとする符号化要素と同じ種類の符号化要素を参照してコンテキストを決定することを特徴とする請求項２４に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  26. 前記コンテキストは、確率値を指示することを特徴とする請求項２４に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  27. 前記コンテキストは、既定のシンボル−符号語間の関係を指示することを特徴とする請求項２４に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  28. 前記コンテキスト決定部は、
    前記符号化しようとする符号化要素と同じ種類の符号化要素及び他の種類の符号化要素を参照してコンテキストを決定することを特徴とする請求項２４に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  29. 前記エントロピー符号化エンジンは、
    所定の算術式を利用する算術符号化、またはシンボル−符号語間の関係を利用した符号化を行うことを特徴とする請求項２４に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  30. 前記エントロピー符号化エンジンは、
    二進算術符号化、算術符号化、ハフマン符号化または単一可変長符号化を行うことを特徴とする請求項２９に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  31. 符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換する二進ストリング変換部をさらに備えることを特徴とする請求項２４に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  32. 前記二進ストリング変換部は、
    符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換することを特徴とする請求項３１に記載の階層的エントロピーの符号化装置。
  33. 符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記符号化しようとする符号化要素を二進ストリングに変換する二進ストリング変換部と、
    前記符号化しようとする符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、
    前記決定されたコンテキストを利用して、前記符号化要素をエントロピー符号化するエントロピー符号化エンジンと、を備えることを特徴とするエントロピーの符号化装置。
  34. 前記二進ストリング変換部は、
    参照する符号化要素によって決定される符号化しようとする符号化要素と二進ストリングとのマッピング関係が固定的であるか、または可変的に変わる関係を利用して二進ストリングに変換することを特徴とする請求項３３に記載のエントロピーの符号化装置。
  35. エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層及び下位階層の符号化要素を参照するか、または下位階層の符号化要素のみを参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、
    前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するエントロピー復号化エンジンと、を備えることを特徴とする階層的エントロピーの復号化装置。
  36. 前記コンテキスト決定部は、前記符号化された符号化要素と同じ種類の符号化要素を参照してコンテキストを決定することを特徴とする請求項３５に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  37. 前記コンテキストは、確率値を指示することを特徴とする請求項３５に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  38. 前記コンテキストは、既定の複数のシンボル−符号語間の関係のうち一つを指示することを特徴とする請求項３５に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  39. 前記コンテキスト決定部は、
    前記符号化された符号化要素と同じ種類の符号化要素及び他の種類の符号化要素を参照してコンテキストを決定することを特徴とする請求項３５に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  40. 前記エントロピー復号化エンジンは、
    所定の算術式を利用する算術復号化、またはシンボル−符号語間の関係を利用した復号化を行うことを特徴とする請求項３５に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  41. 前記エントロピー復号化エンジンは、
    二進算術復号化、算術復号化、ハフマン復号化または単一可変長復号化を行うことを特徴とする請求項４０に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  42. 復号化された二進ストリングをシンボル値に変換するシンボル値変換部をさらに備えることを特徴とする請求項３５に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  43. 前記シンボル値変換部は、
    前記符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記エントロピー復号化された二進ストリングをシンボルに変換することを特徴とする請求項４２に記載の階層的エントロピーの復号化装置。
  44. エントロピー符号化されたデータを入力されて、エントロピー符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照してコンテキストを決定するコンテキスト決定部と、
    前記決定されたコンテキストを利用して、前記エントロピー符号化されたデータをエントロピー復号化するエントロピー復号化エンジンと、
    前記符号化された符号化要素が属するブロックの階層と同じ階層の符号化要素を参照するか、下位階層の符号化要素を参照するか、または同じ階層及び下位階層の符号化要素を何れも参照して、前記エントロピー復号化された二進ストリングをシンボルに変換するシンボル値変換部と、を備えることを特徴とするエントロピーの復号化装置。
  45. 前記シンボル値変換部は、
    参照する符号化要素によって、符号化された符号化要素と二進ストリングとのマッピング関係が固定的であるか、または可変的に変わる関係を利用して、二進ストリングをシンボル値に変換することを特徴とする請求項４４に記載のエントロピーの復号化装置。
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