JP2009141688A - 画像符号化・復号化方法及びシステム及び画像符号化プログラム及び画像復号化プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】高負荷なＤＶＣで符号化処理を高い符号化効率を保ちつつ並列に処理する。
【解決手段】本発明は、エンコーダ側において、Wyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信する。デコーダ側において、Ｋｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度をラプラス分布を用いて求め、エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号し、復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明は、エンコーダ側において、Wyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信する。デコーダ側において、Ｋｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度をラプラス分布を用いて求め、エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号し、復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する。
【選択図】図１
Description
本発明は、画像符号化・復号化方法及びシステム及び画像符号化プログラム及び画像復号化プログラムに係り、特に、多視点画像の符号化、すなわち、互いを独立に符号化する必要のあるシステム及び、無線やインターネット等の損失が発生するネットワーク通信システムの符号化・復号を行う画像符号化・復号化方法及びシステム及び画像符号化プログラム及び画像復号化プログラムに関する。
近年、アナログ信号システムからデジタル信号システムへと移行しており、デジタル画像の需要が増加している。しかし、デジタル画像はそのままではデータ量が膨大になることから、画像を効率的に圧縮する符号化技術が重要なものになっており、国際標準アルゴリズムが広く用いられている。
一例として、デジタルＴＶには、ＭＰＥＧ−２（"Information technology - Generic coding of movie pictures and associated audio information. Video," ISO/IEC 13818-2, May 1996．）が用いられており、次世代ＤＶＤの規格にはＨ．２６４（"Draft ITU-T Recommendation and Final Draft International Standard of Joint Video Specification (IUT-T Rec. H.264 -ISO/IEC 14496-10 AVC)," Joint Video Team of ISO/IEC MPEG & ITU-T, 2003）が用いられることが決定している。
これらの画像圧縮アルゴリズムの具体的な圧縮アルゴリズムは、まず、エンコーダ側では動き補償（ＭＣ：Motion Compensated）が行われ、時間的な信号の冗長性が排除され、その後、離散コサイン変換（ＤＣＴ）等の周波数変換により空間的な信号の冗長性が排除された後に、エントロピー符号化が行われる。デコーダ側は真逆の処理を行うことにより復号される。
しかし、近年標準化された動画像の圧縮アルゴリズムは、圧縮効率こそ高くはなっているが、それに伴い、演算量も膨大なものになっている。例えば、Ｈ．２６４では大量の演算処理が必要であり、ＭＰＥＧ−２に比べて処理演算量は５〜１０倍程度増加することが知られている。この大量の演算処理は複雑なフレーム間予測や可変マクロブロックサイズの最適化等に必要な演算であり、エンコーダ側において必要となる。これに対して、たとえ、デコーダ側の演算処理は増えたとしてもエンコーダ側の処理が少ない方が好ましいという要求がセンサカメラや携帯電話の動画処理などのアプリケーションでは考えられている。そして、この要求を満たす、エンコーダ側の高負荷演算処理をエンコーダ側に移行した符号化方式がDistributed Video Coding (DVC)である。
また、Distributed Source Coding (DSC)は、図７に示すように、複数の相関のある情報源に対して互いを観測することなく分散して符号化し、受信側ではそれらの各データを一括して復号するシステムである。ＤＳＣはもともと、１９７０年代にSlepianとWolfにより確立されたSlepian-Wolf定理（D. Slepian and J.K. Wolf, "Noiseless coding of correlated information sources," IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 19, no.4, pp.471-480, 1973）及び、WynerとZivにより確立されたWyner-Ziv定理（A. Wyner and J, Ziv, "The rate-distortion function for source coding with side information at the decoder, " IEEE Trans, Inform. Theory, vol.22, no.1,pp1-10 1976）に基づいており、それらの定理を実際のシステムへと拡張したものである。Slepian -Wolf定理は、２つの情報源を分散符号化した場合における無歪み状態で復号できる許容圧縮レート領域を与えたものであり、Wyner-Ziv定理は、２つの情報源において１つの情報源に歪みが発生した場合についてレート歪み領域を与えたものである。これらの定理により、分散して符号化する場合の圧縮限界は、Slepian-Wolf定理及びWyner-Ziv定理の条件の範囲内にてではあるが、分散しなかった場合と等しいことが照明されている。
近年では、Turbo符号を用いてSlepian-Wolf定理（J. Bajcsy and P..Mitran, "Coding for the Slepian - Wolf problem with turbo codes," in Proc. IEEE Gloval communications Conf., vol.2, 2001, pp.1400-1404）やWyner-Ziv定理（A-Aaron and B. Girod, "Comprossion with oide information using turbo codes," in Proc. IEEE Data Compression Conf., 2002, pp.252-261）で与えられた限界にどの程度迫れるかが研究されている。
DVCの実際の構成方法は種々挙げられるが、図８に示すように、Wyner-Zivフレームの符号化及び復号にターボ符号を用いた方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。この手法は、従来、MPEGに代表される符号化方式では予測誤差信号を情報源符号器を用いて圧縮／伸張していたが、DVCでは予測誤差信号をある種のエラーと捉え、通信路符号器で画像を保護すること、及び、エラーを訂正することで、圧縮／伸張を行う。その構造のために、DVCシステムでは、高負荷なフレーム間予測処理をデコーダ側に移行することができ、低負荷なエンコードを実現している。
B. Girod, A. Aaron, S. Rane and D. Rebollo-Monedero, "Distributed video coding," Proceedings of the IEEE, Pecial Issue on Video Coding and Delivery, vol. 93, no. 1, pp.71-83, January 2005.
B. Girod, A. Aaron, S. Rane and D. Rebollo-Monedero, "Distributed video coding," Proceedings of the IEEE, Pecial Issue on Video Coding and Delivery, vol. 93, no. 1, pp.71-83, January 2005.
上記で述べたように、ＤＶＣは多視点映像符号化やＩＰネットワーク等へのベストエフォート型の通信システムに対する符号化として効果が期待されている。しかし、ＤＶＣはＭＰＥＧなどに比べて符号化効率が悪いこと、また、ＤＶＣのデコード処理は高負荷なＨ．２６４のエンコード処理よりも更に高負荷になること等が報告されている（Z. M. Belkoura and T. Sikora, "Towards rate-decoder complexity optimization in Turbo-coder based distributed video coding," PCS2000 Apr, 2006）。特に、後者の問題は通信路符号器がメッセージ伝搬アルゴリズムを用いるために避けられず、ＤＶＣを実用化するためにはデコード処理の高速化が必要となる。
本発明は、上記の点に鑑みなされたもので、高負荷なＤＶＣでコード処理を高い符号化効率を保ちつつ並列に処理することで高速処理することが可能な画像符号化・復号化方法及びシステム及び画像符号化プログラム及び画像復号化プログラムを提供することを目的とする。
図１は、本発明の原理構成図である。
本発明（請求項１）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割する量子化手段１１と、
ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信する符号化手段１２と、
有し、
デコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求める動き補償手段１５と、
エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号する復号手段１３と、
復号手段で復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する再構成手段１４と、を有する。
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割する量子化手段１１と、
ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信する符号化手段１２と、
有し、
デコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求める動き補償手段１５と、
エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号する復号手段１３と、
復号手段で復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する再構成手段１４と、を有する。
本発明（請求項２）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを生成し、該シンドロームビットのみを並列にデコーダ側に送信する第２の符号化手段と、を有し、
デコーダ側は、
第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
第１の復号手段から入力された分割されたもう一方のＫｅｙフレームのパスが入力されると、Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、該Wyner-Zivフレームを復号するための補助情報を作成する動き補償手段と、
動き補償手段から補助情報が入力されると、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
第２の符号化手段から受信したシンドロームビットを、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号を行い、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
動き補償手段で生成された補償情報を用いて、量子化されたWyner-Zivフレームを逆量子化を行うことにより再構成し、出力する再構成手段と、を有する。
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを生成し、該シンドロームビットのみを並列にデコーダ側に送信する第２の符号化手段と、を有し、
デコーダ側は、
第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
第１の復号手段から入力された分割されたもう一方のＫｅｙフレームのパスが入力されると、Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、該Wyner-Zivフレームを復号するための補助情報を作成する動き補償手段と、
動き補償手段から補助情報が入力されると、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
第２の符号化手段から受信したシンドロームビットを、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号を行い、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
動き補償手段で生成された補償情報を用いて、量子化されたWyner-Zivフレームを逆量子化を行うことにより再構成し、出力する再構成手段と、を有する。
本発明（請求項３）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、２値変換を行い、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを作成し並列にデコーダ側に送信する第２の符号化手段と、
第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
第１の復号手段のもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償手段と、
補助情報を２値変換し、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
量子化されたWyner-Zivフレームを逆２値変換を行い、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成手段と、を有する。
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、２値変換を行い、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを作成し並列にデコーダ側に送信する第２の符号化手段と、
第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
第１の復号手段のもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償手段と、
補助情報を２値変換し、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
量子化されたWyner-Zivフレームを逆２値変換を行い、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成手段と、を有する。
本発明（請求項４）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、復号に必要なビット量を求めるレート制御手段と、
Wyner-Zivフレームをビットプレーンに分割し、シンドロームビットを作成し、レート制御手段により求められた復号に必要なビット量に従って、並列にデコーダ側に送信する第２の符号化手段と、
第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
第１の復号手段のもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償手段と、
補助情報を用いて、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
量子化されたWyner-Zivフレームを、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成手段と、を有する。
エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、復号に必要なビット量を求めるレート制御手段と、
Wyner-Zivフレームをビットプレーンに分割し、シンドロームビットを作成し、レート制御手段により求められた復号に必要なビット量に従って、並列にデコーダ側に送信する第２の符号化手段と、
第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
第１の復号手段のもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償手段と、
補助情報を用いて、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
量子化されたWyner-Zivフレームを、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成手段と、を有する。
また、本発明（請求項５）は、第２の符号化手段において、
レート制御ステップで求められたビット量を用いてシンドロームビットを生成するための生成行列を生成し、該生成行列を用いてシンドロームビットを生成して、第２の復号手段に送信する手段を含み、
第２の復号手段において、
第２の符号化手段から送信されたシンドロームビットに基づいて、検査行列を生成し、復号する手段を含む。
レート制御ステップで求められたビット量を用いてシンドロームビットを生成するための生成行列を生成し、該生成行列を用いてシンドロームビットを生成して、第２の復号手段に送信する手段を含み、
第２の復号手段において、
第２の符号化手段から送信されたシンドロームビットに基づいて、検査行列を生成し、復号する手段を含む。
本発明（請求項６）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
エンコーダ側において、
量子化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、
符号化手段により、ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信し、
デコーダ側において、
動き補償手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求め、
復号手段により、エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号し、
再構成手段により、復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する。
エンコーダ側において、
量子化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、
符号化手段により、ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信し、
デコーダ側において、
動き補償手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求め、
復号手段により、エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号し、
再構成手段により、復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する。
本発明（請求項７）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信し、
第２の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを生成し、該シンドロームビットのみを並列にデコーダ側に送信し、
デコーダ側において、
第１の復号手段により、第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、
動き補償手段が、第１の復号手段から入力された分割されたもう一方のＫｅｙフレームのパスが入力されると、Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、該Wyner-Zivフレームを復号するための補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、動き補償手段から補助情報が入力されると、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、第２の符号化手段から受信したシンドロームビットを、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号を行い、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段が、動き補償手段で生成された補償情報を用いて、量子化されたWyner-Zivフレームを逆量子化を行うことにより再構成し、出力する。
エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信し、
第２の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを生成し、該シンドロームビットのみを並列にデコーダ側に送信し、
デコーダ側において、
第１の復号手段により、第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、
動き補償手段が、第１の復号手段から入力された分割されたもう一方のＫｅｙフレームのパスが入力されると、Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、該Wyner-Zivフレームを復号するための補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、動き補償手段から補助情報が入力されると、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、第２の符号化手段から受信したシンドロームビットを、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号を行い、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段が、動き補償手段で生成された補償情報を用いて、量子化されたWyner-Zivフレームを逆量子化を行うことにより再構成し、出力する。
本発明（請求項８）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信し、
第２の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、２値変換を行い、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを作成し並列にデコーダ側に送信し、
第１の復号手段により、第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、もう一方を動き補償手段に出力し、
動き補償手段が、第１の復号手段からもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、補助情報を２値変換し、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段により、量子化されたWyner-Zivフレームを逆２値変換を行い、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する。
エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信し、
第２の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、２値変換を行い、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを作成し並列にデコーダ側に送信し、
第１の復号手段により、第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、もう一方を動き補償手段に出力し、
動き補償手段が、第１の復号手段からもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、補助情報を２値変換し、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段により、量子化されたWyner-Zivフレームを逆２値変換を行い、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する。
本発明（請求項９）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信し、
レート制御手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、復号に必要なビット量を求め、
第２の符号化手段により、Wyner-Zivフレームをビットプレーンに分割し、シンドロームビットを作成し、復号に必要なビット量に従って、並列にデコーダ側に送信し、
第１の復号手段により、第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、もう一方のパスを動き補償手段に出力し、
動き補償手段により、第１の復号手段からもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、補助情報を用いて、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段により、量子化されたWyner-Zivフレームを、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する。
エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮してデコーダ側に送信し、
レート制御手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、復号に必要なビット量を求め、
第２の符号化手段により、Wyner-Zivフレームをビットプレーンに分割し、シンドロームビットを作成し、復号に必要なビット量に従って、並列にデコーダ側に送信し、
第１の復号手段により、第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、もう一方のパスを動き補償手段に出力し、
動き補償手段により、第１の復号手段からもう一方のパスが入力されると、Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、補助情報を用いて、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、第２の符号化手段から送信されたWyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段により、量子化されたWyner-Zivフレームを、動き補償手段で生成された補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する。
また、本発明（請求項１０）は、第２の符号化ステップにおいて、レート制御ステップで求められたビット量を用いてシンドロームビットを生成するための生成行列を生成し、該生成行列を用いてシンドロームビットを生成して、第２の復号手段に送信し、
第２の復号ステップにおいて、第２の符号化手段から送信されたシンドロームビットに基づいて、検査行列を生成し、復号する。
第２の復号ステップにおいて、第２の符号化手段から送信されたシンドロームビットに基づいて、検査行列を生成し、復号する。
本発明（請求項１１）は、ＤＶＣを用いて情報源からのフレームを動画像を符号化するエンコーダ側のコンピュータに実行させる画像符号化プログラムであって、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割する量子化ステップと、
ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信するステップと、実行させる符号化プログラムである。
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが情報源から入力されると、ビットプレーンに分割する量子化ステップと、
ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共にデコーダ側に並列に送信するステップと、実行させる符号化プログラムである。
本発明（請求項１２）は、ＤＶＣを用いて情報源からの動画像のフレームを符号化されたフレームを復号するデコーダ側のコンピュータに実行させる画像復号プログラムであって、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求めるステップと、
エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号するステップと、
復号手段で復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する再構成ステップと、を実行させる画像復号化プログラムである。
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが情報源から入力されると、Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求めるステップと、
エンコーダ側の符号化手段から受信したシンドロームビットと、ビット尤度を用いてビットプレーンを復号するステップと、
復号手段で復号されたビットプレーンを補助情報を用いて再構成し、出力する再構成ステップと、を実行させる画像復号化プログラムである。
上記のように、従来、ＤＶＣはデコード処理が非常に重いという問題がある。従来の非並列のＤＶＣはビットプレーン毎に順々にエンコード／デコードが行われるが、デコード時に既に復号した上位のビットプレーン情報を下位のビットプレーンの復号に用いるため、並列化すると並列にビットプレーンを復号する必要があり、上位ビットプレーンの情報を用いることができないことにより符号化効率が悪くなるという問題があった。
これを解決するために、本発明では、エンコード側からデコード側に対してビットプレーンを並列に送信することにより、デコード処理時間を短縮し、符号化効率の低下を抑えた並列化を行うことにより、Distributed Video Coding (DVC)の高負荷なデコード処理の高速化が可能である。また、エンコーダ側でデコードに必要なビット量を推定し、当該ビット量に基づいてシンドロームビットを並列にデコード側に送信することにより、バッファを削減することができ、フィードバック制御の回数も削減することが可能となる。
以下、図面と共に本発明の実施の形態を説明する。
まず、本発明の概要を説明する。
図２は、本発明の基本となるWyner-Ziv符号化システムの構成を示す。
同図に示す符号化システムは、通信路符号化部１、通信路復号部２、再構成部３、ビット尤度推定部４、補助情報作成部５、情報源符号化部６、情報源復号部７から構成される。
同図中の情報源符号化部７、情報源復号部６や、通信路符号化部１、通信路復号部２は様々な種類が考えられるが、論文等で議論される際によく用いられる動画像圧縮にＤＶＣを適用した基本的な構成（空間領域のWyner-Ziv符号化システム）を図３に示す。
図３に示すWyner-Ziv符号化システムは、スカラ量子化器１１、ＲＡ−ＬＤＰＣ(Rate- Adaptive Low Density Parity Check)符号化器１２、ＲＡ−ＬＤＰＣ復号器１３、再構成器１４、動き補償器１５から構成される。図３に示すように、論文等ではＤＶＣシステムの性能を決定するWyner-ZivフレームのデコードにＫｅｙフレームが補助情報として与えられた場合が検討されている。これは、前述の文献「A. Wyner and J, Ziv, "The rate-distortion function for source coding with side information at the decoder, " IEEE Trans, Inform. Theory, vol.22, no.1,pp1-10 1976」で示されたモデルと同様である。
以下、図２をより具体的な検討モデルにした図３を用いて、空間領域のWyner-Ziv
符号化器の構成を例に説明する。ＤＶＣシステムにおいては、映像フレームはKeyフレーム及びWyner-Zivフレームに分割される。ここで、図３に従い、Keyフレームには奇数フレームＸ２ｉ±１が割り当てられ、Wyner-Zivフレームには偶数フレームＸ２ｉが割り当てられたとする。ＫｅｙフレームはＭＰＥＧで用いられるＩピクチャに相当する役割を果たし、前後のフレームの情報を用いずに圧縮／伸張される。
符号化器の構成を例に説明する。ＤＶＣシステムにおいては、映像フレームはKeyフレーム及びWyner-Zivフレームに分割される。ここで、図３に従い、Keyフレームには奇数フレームＸ２ｉ±１が割り当てられ、Wyner-Zivフレームには偶数フレームＸ２ｉが割り当てられたとする。ＫｅｙフレームはＭＰＥＧで用いられるＩピクチャに相当する役割を果たし、前後のフレームの情報を用いずに圧縮／伸張される。
一方、Wyner-Zivフレームは、ＭＰＥＧで用いられるＢピクチャに相当する役割を果たす。Wyner-Zivフレームは前後のフレームの情報を用いずに圧縮されるが前後のフレームを用いて伸張される特徴を持っている。以下にWyner-Zivフレームの圧縮／伸張処理の詳細を示す。
Wyner-ZivフレームＸ２ｉは、２Ｍのスカラ量子化器１１によりビットプレーンΚＬに分割される。各ビットプレーンは最上位ビット（ＭＳＢ：Most Significant bit）からＲＡ−ＬＤＰＣ符号器１２（(ＬＤＰＣ符号：R. G. Gallager, "Low density parity check codes," in Research Monograph series. Cambridge, MIT Press, 1963)をレート可変にしたもの）に送られ、それぞれのビットプレーンに対して十分なシンドロームビットＣＬ，ｉが生成される。そして、従来の手法（前述の非特許文献１）では、それぞれのビットプレーンが順々にバッファに蓄えられ、デコーダ側からのリクエストにより上位ビットプレーンから順々に復号される。
これに対して、本発明では、エンコーダ側のＲＡ−ＬＤＰＣ符号化器１２から各ビットプレーンを並列にデコーダ側のＲＡＬＤＰ復号器１３にシンドロームビットと共に送信する。また、本発明では、動き補償器１５において、デコーダ側で必要なシンドロームビット量を予め推定する。
一方、デコーダ側の動き補償器１５では、ＫｅｙフレームＸ２ｉ±１からブロック単位の補償情報（Side Information）Ｙｂ ２ｉが次式で作成される。
なお、補助情報の作成方法については、本発明の範囲外であるため、処理の詳細は、例えば、文献「J. Ascenso. C. Brites and F. Peraira, "Improving Frame Interpolation with Spatial Motion Smoothing for Pixel Domain Distributed Video Coding". 5th EURASIP, Slovak Republic, July 2005」等を参照されたい。
次に、動き補償器１５で作成された補助情報から並列化に適したビット尤度を推定し、ＲＡ−ＬＤＰＣ復号器１３にそのビット尤度を与える。ビット尤度は、一般にWyner-ZivフレームＸ２ｉと補助情報Ｙ２ｉの差分信号、すなわち、予測誤差信号は、ラプラス分布で近似されることから次式を用いて推定される。
ＲＡ−ＬＤＰＣ復号器１３では、動き補償器１５から取得したビット尤度とレート適応ＬＤＰＣ符号化器１２から受信するシンドロームビットＣＬ，ｉを用いて量子化されたビットプレーンｑ'２ｉを復号する。
最後に、ＲＡ−ＬＤＰＣ復号器１３で復号されたビットプレーンは再構成器１４に送られ、動き補償器１５から入力された補助情報Ｙ２ｉを用いて次式で再構成される。
また、本発明では、従来はバッファに蓄え、デコーダ側からのビットリクエストが必要だったものを、並列化されたＤＶＣにおいて、デコードに必要なシンドロームビット量を予め高精度に予測することで、バッファの削減及びフィードバックの削減が可能となる。
以下、図面と共に具体的な例を説明する。
［第１の実施例］
図４は、本発明の第１の実施例の並列化ＤＶＣシステムの基本構成を示す。
図４は、本発明の第１の実施例の並列化ＤＶＣシステムの基本構成を示す。
同図は、エンコーダ側にて複数のデータ列（Ｋｅｙフレーム及びWyner-Zivフレーム）を符号化し、デコーダ側では複数データ列を受信し、Ｋｅｙフレームを用いてWyner-Zivフレームを復号する補助情報を作成する機能を有するシステムを示している。
同図に並列化ＤＶＣシステムは、通信符号器を有する符号化部２０、情報源符号化器を有する符号部２１、情報源復号器を有する復号部２２、ＫｅｙフレームからWyner-Zivフレームを復号するのに必要な補助情報を動き補償にて行う動き補償部２３、補助情報からビット尤度を推定するビット尤度推定部２４、通信路復号器を有する復号部２５、補助情報を用いて逆量子化を行う再構成部２６から構成される。
以下それぞれの構成要素について説明する。
情報源からＫｅｙフレームとWyner-Zivフレームとに分けられ、Ｋｅｙフレームは符号化部２０に入力され、圧縮される。Wyner-Zivフレームは符号化部２１に入力され、圧縮される。Ｋｅｙフレームが入力された符号化部２１では、ＪＰＥＧ２０００等の国際標準規格で圧縮が行われ、復号部２２に送られる。一方、Wyner-Zivフレームが入力された符号化部２０では、ビットプレーン毎に誤り訂正符号が用いられる。そして、作成されたシンドロームビットのみが同時に（並列に）復号部２５に送られる。
Keyフレームが入力された復号部２２では、ＪＰＥＧ２０００等の国際標準規格で伸長され、２つのパスに分けられる。１つのパスでは、Ｋｅｙフレームの復号画像として出力され、もう一方は、動き補償部２３に送られる。動き補償部２３では、Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、例えば、前述の式（１）に基づいて補助情報が作成される。
作成された補助情報は、ビット尤度推定部２４及び再構成部２６に送られる。ビット尤度推定部２４では、前述の式（２）を用いて次式で各ビットプレーンのビット尤度を推定する。
ビット尤度推定部２４において、式（４）により導出されたビット尤度を用いて、復号部２５では、符号化部２０で作成されたシンドロームビットをメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号処理が行われ、量子化されたWyner-Zivフレームを得る。
最後に、補助情報と量子化されたWyner-Zivフレームを用いて、できるだけオリジナルのWyner-Zivフレームに近くなるよう再構成部２６で再構成が行われ、復号されたWyner-Zivフレームが出力される。この処理は、例えば式（３）に従い行われる。
以上の操作により、Wyner-Zivフレームの並列デコード処理ができ、高負荷なメッセージ確率伝搬アルゴリズムのデコード処理の高速化が期待できる。
［第２の実施例］
図５は、本発明の第２の実施例の並列化ＤＶＣシステムの構成を示す。
図５は、本発明の第２の実施例の並列化ＤＶＣシステムの構成を示す。
同図に示す並列化ＤＶＣシステムは、エンコーダ側にて複数のデータ列（Ｋｅｙフレーム及びWyner-Zivフレーム）を符号化し、デコーダ側で複数データ列を受信し、Ｋｅｙフレームを用いてWyner-Zivフレームを復号する補助情報を作成する機能を有するシステムを示す。
並列化ＤＶＣシステムは、通信路符号器を有する符号化部３０、情報源符号化器を有する符号化部３１、情報源復号器を有する復号部３２、ＫｅｙフレームからWyner-Zivフレームを復号するのに必要な補助情報を動き補償にて行う動き補償部３３、補助情報からビット尤度を推定するビット尤度推定部３４、通信路復号器を有する復号部３５、補助情報を用いて逆量子化を行う再構成部３６、２値変換部３７，３８、逆２値変換部３９から構成される。
以下それぞれの構成要素について説明する。
まず、情報源からＫｅｙフレームとWyner-Zivフレームに分けられ、Wyner-Zivフレームは、２値変換部２７に入力され、Gray Code（文献「Gray, F. "Pulse Code Communication." United States Patent Number 2632058. March 17, 1953」）と呼ばれる２値変換が行われ、符号化部３０に送られる。
符号化部３０では、ビットプレーン毎に誤り訂正符号が用いられ、作成されたシンドロームビットのみが同時に（並列に）復号部３５（伸長装置）へと送信される。一方、Ｋｅｙフレームは、符号化部３１でＪＰＥＧ２０００等の国際標準規格で圧縮が行われ、復号部３２（伸長装置）に送られる。
Ｋｅｙフレームは、復号部３２（伸長装置）においてＪＰＥＧ２０００等の国際標準規格で伸長が行われ、２つのパスに分けられる。１つのパスでは、Ｋｅｙフレームの復号画像として出力される。もう一方のパスは動き補償部２３（補助情報作成装置）に送られる。動き補償部３３では、Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、例えば前述の式（１）に基づいて、補助情報が作成される。
作成された補助情報は、２値変換部３８及び再構成部３６に送られる。２値変換部３８では、２値変換部３７と同じ変換が行われ、ビット尤度推定部３４に送られる。
ビット尤度推定部３４では、前述の式（２）を用いて次式で各ビットプレーンのビット尤度を推定する。
ビット尤度推定部３４において式（６）により導出されたビット尤度を用いて、復号部３５では、符号化部３０で作成されたシンドロームビットを用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムを用いて復号処理が行われ、量子化されたWyner-Zivフレームを得る。量子化されたWyner-Zivフレームは逆２値変換部３９に渡され、２値変換部３７及び３８の２値変換が解かれる。
最後に、再構成部３６において、動き補償部３３で生成された補助情報と逆２値変換部２９から出力された復号部３５で量子化されたWyner-Zivフレームを用いて、できるだけオリジナルのWyner-Zivフレームに近くなるように再構成が行われ、復号されたWyner-Zivフレームが出力される。この処理は、例えば、前述の式（３）に従い行われる。
以上の操作により、Wyner-Zivフレームの並列デコード処理ができ、高負荷なメッセージ確率伝搬アルゴリズムのデコード処理の高速化が期待できる。
［第３の実施例］
図６は、本発明の第３の実施例の並列化ＤＶＣシステムの構成を示す。
図６は、本発明の第３の実施例の並列化ＤＶＣシステムの構成を示す。
同図に示す並列化ＤＶＣシステムは、エンコーダ側にて複数のデータ列（Ｋｅｙフレーム及びWyner-Zivフレーム）を符号化し、デコーダ側では複数データ列を受信し、Ｋｅｙフレームを用いてWyner-Zivフレームを復号する補助情報を作成する機能を有するシステムを示す。
並列化ＤＶＣシステムは、通信符号器を有する符号化部４０、情報源符号化器を有する符号部４１、情報源復号器を有する復号部４２、ＫｅｙフレームからWyner-Zivフレームを復号するのに必要な補助情報を動き補償にて行う動き補償部４３、補助情報からビット尤度を推定するビット尤度推定部４４、通信路復号器を有する復号部４５、補助情報を用いて逆量子化を行う再構成部４６、レート制御部４７から構成される。
以下それぞれの構成要素について説明する。
情報源からＫｅｙフレームとWyner-Zivフレームとに分けられ、Ｋｅｙフレームは符号化部４１に入力され、Wyner-Zivフレームは符号化部４０に入力され、圧縮される。Ｋｅｙフレームが入力された符号化部４１では、ＪＰＥＧ２０００等の国際標準規格で圧縮が行われ、復号部４２（伸長装置）に送られる。一方、Wyner-Zivフレームが入力された符号化部４０では、ビットプレーン毎に誤り訂正符号が用いられる。その際に、レート制御部４７で推定されるビット量に従い、シンドロームビットが並列に復号部４５（伸長装置）に送られる。レート制御部４７では、以下の式によりデコードに必要なビット量を推定する。
作成された補助情報は、ビット尤度推定部４４及び再構成部４６に送られる。ビット尤度推定部４４では、式（２）用いて、次式で各ビットプレーンのビット尤度を推定する。
最後に、再構成部４６において、動き補償部４３から出力された補助情報と復号部４５から出力された量子化されたWyner-Zivフレームを用いてできるだけオリジナルのWyner-Zivフレームに近くなるように再構成が行われ、復号されたWyner-Zivフレームを出力する。この処理は、例えば、式（３）に従い行われる。
以上の操作により、Wyner-Zivフレームの並列デコード処理において、エンコーダ側でのレート制御が可能となる。
＜他の実施例＞
また、上記の第３の実施例の他の実施例として、更に符号化効率を上げるための方法を説明する。
また、上記の第３の実施例の他の実施例として、更に符号化効率を上げるための方法を説明する。
従来のＤＶＣシステムでは、デコード側でどの程度のシンドロームビットが必要か推定できなかったため、非常に大きなサイズの行列を用いて十分なシンドロームビットを生成し、その一部を用いてデコードを行っていたため、符号化効率が低下する。そこで、前述の式（８）のシンドロームビットのレートの推定式を用いて、実際にデコード側で用いるであろうサイズの行列を用いるものである。
上記の符号化部４０は、上記の式（８）で求められたビット量
復号部４５は、符号化部４０からシンドロームビットを受信すると、当該シンドロームビットのビット数をカウントし、以下により検査行列を生成する。
syndrome bit, k＋syndrome bit
（但し、（syndrome bit）行、（k＋syndrome bit）列を表す）
復号部４５は、当該検査行列を用いてシンドロームビットを復号する。
（但し、（syndrome bit）行、（k＋syndrome bit）列を表す）
復号部４５は、当該検査行列を用いてシンドロームビットを復号する。
但し、符号化部４０の生成行列及び復号部４５の検査行列の大きさは、上記の大きさに固定されるのではなく、その行列に近い大きさの行列を用いることでも符号化効率の向上が可能となる。
このように、符号化部４０及び復号部４５においてレート制御部４７のビット量を用いてＬＤＰＣを設計することにより、符号化効率を向上させることが可能となる。
なお、エンコード側の構成及びデコーダ側の構成毎に、それらの構成要素の動作をプログラムとして構築し、エンコード側の装置及びデコード側の装置として利用されるコンピュータにインストールして実行させる、または、ネットワークを介して流通させることが可能である。
また、構築されたプログラムをハードディスクや、フレキシブルディスク・ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬記憶媒体に格納し、コンピュータにインストールする、または、配布することが可能である。
なお、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されることなく、特許請求の範囲内において種々変更・応用が可能である。
本発明は、画像の符号化通信システムの符号化・復号技術に適用可能である。
１ 通信路符号化部
２ 通信路復号部
３ 再構成部
４ ビット尤度推定部
５ 補助情報作成部
６ 情報源符号化部
７ 情報源復号部
１１ 量子化手段、スカラ量子化器
１２ 符号化手段、レート適応ＬＤＰＣ符号化器
１３ 復号手段、レート適応ＬＤＰＣ復号器
１４ 再構成手段、再構成部
１５ 動き補償手段、動き補償器
２０ 符号化部
２１ 符号化部
２２ 復号部
２３ 動き補償部
２４ ビット尤度推定部
２５ 復号部
２６ 再構成部
３０ 符号化部
３１ 符号化部
３２ 復号部
３３ 動き補償部
３４ ビット尤度推定部
３５ 復号部
３６ 再構成部
３７ ２値変換部
３８ ２値変換部
３９ 逆２値変換部
４０ 符号化部
４１ 符号化部
４２ 復号部
４３ 動き補償部
４４ ビット尤度推定部
４５ 復号部
４６ 再構成部
４７ レート制御部
２ 通信路復号部
３ 再構成部
４ ビット尤度推定部
５ 補助情報作成部
６ 情報源符号化部
７ 情報源復号部
１１ 量子化手段、スカラ量子化器
１２ 符号化手段、レート適応ＬＤＰＣ符号化器
１３ 復号手段、レート適応ＬＤＰＣ復号器
１４ 再構成手段、再構成部
１５ 動き補償手段、動き補償器
２０ 符号化部
２１ 符号化部
２２ 復号部
２３ 動き補償部
２４ ビット尤度推定部
２５ 復号部
２６ 再構成部
３０ 符号化部
３１ 符号化部
３２ 復号部
３３ 動き補償部
３４ ビット尤度推定部
３５ 復号部
３６ 再構成部
３７ ２値変換部
３８ ２値変換部
３９ 逆２値変換部
４０ 符号化部
４１ 符号化部
４２ 復号部
４３ 動き補償部
４４ ビット尤度推定部
４５ 復号部
４６ 再構成部
４７ レート制御部
Claims (12)
- ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
前記エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、ビットプレーンに分割する量子化手段と、
前記ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共に前記デコーダ側に並列に送信する符号化手段と、
有し、
前記デコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、前記Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求める動き補償手段と、
前記エンコーダ側の前記符号化手段から受信した前記シンドロームビットと、前記ビット尤度を用いて前記ビットプレーンを復号する復号手段と、
前記復号手段で復号されたビットプレーンを前記補助情報を用いて再構成し、出力する再構成手段と、
を有することを特徴とする画像符号化・復号化システム。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
前記エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮して前記デコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを生成し、該シンドロームビットのみを並列に前記デコーダ側に送信する第２の符号化手段と、を有し、
前記デコーダ側は、
前記第１の符号化手段から受信した圧縮された前記Ｋｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
前記第１の復号手段から入力された分割されたもう一方のＫｅｙフレームのパスが入力されると、前記Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、該Wyner-Zivフレームを復号するための補助情報を作成する動き補償手段と、
前記動き補償手段から前記補助情報が入力されると、各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
前記第２の符号化手段から受信したシンドロームビットを、前記ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号を行い、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
前記動き補償手段で生成された前記補償情報を用いて、前記量子化されたWyner-Zivフレームを逆量子化を行うことにより再構成し、出力する再構成手段と、
を有することを特徴とする画像符号化・復号化システム。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
前記エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮して前記デコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、２値変換を行い、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを作成し並列に前記デコーダ側に送信する第２の符号化手段と、
前記第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
前記第１の復号手段のもう一方のパスが入力されると、前記Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償手段と、
前記補助情報を２値変換し、前記各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
前記第２の符号化手段から送信された前記Wyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、前記ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
前記量子化されたWyner-Zivフレームを逆２値変換を行い、前記動き補償手段で生成された前記補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成手段と、
を有することを特徴とする画像符号化・復号化システム。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムであって、
前記エンコーダ側は、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮して前記デコーダ側に送信する第１の符号化手段と、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、復号に必要なビット量を求めるレート制御手段と、
前記Wyner-Zivフレームをビットプレーンに分割し、シンドロームビットを作成し、前記レート制御手段により求められた前記復号に必要なビット量に従って、並列に前記デコーダ側に送信する第２の符号化手段と、
前記第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力する第１の復号手段と、
前記第１の復号手段のもう一方のパスが入力されると、前記Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償手段と、
前記補助情報を用いて、前記各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定手段と、
前記第２の符号化手段から送信された前記Wyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、前記ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを得る第２の復号手段と、
前記量子化されたWyner-Zivフレームを、前記動き補償手段で生成された前記補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成手段と、
を有することを特徴とする画像符号化・復号化システム。 - 前記第２の符号化手段は、
前記レート制御ステップで求められた前記ビット量を用いてシンドロームビットを生成するための生成行列を生成し、該生成行列を用いてシンドロームビットを生成して、前記第２の復号手段に送信する手段を含み、
前記第２の復号手段は、
前記第２の符号化手段から送信された前記シンドロームビットに基づいて、検査行列を生成し、復号する手段を含む
請求項４記載の画像符号化・復号化システム。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
前記エンコーダ側において、
量子化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、
符号化手段により、前記ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共に前記デコーダ側に並列に送信し、
前記デコーダ側において、
動き補償手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、前記Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求め、
復号手段により、前記エンコーダ側の前記符号化手段から受信した前記シンドロームビットと、前記ビット尤度を用いて前記ビットプレーンを復号し、
再構成手段により、復号されたビットプレーンを前記補助情報を用いて再構成し、出力することを特徴とする画像符号化・復号化方法。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
前記エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮して前記デコーダ側に送信し、
第２の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを生成し、該シンドロームビットのみを並列に前記デコーダ側に送信し、
前記デコーダ側において、
第１の復号手段により、前記第１の符号化手段から受信した圧縮された前記Ｋｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、
動き補償手段が、前記第１の復号手段から入力された分割されたもう一方のＫｅｙフレームのパスが入力されると、前記Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、該Wyner-Zivフレームを復号するための補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、前記動き補償手段から前記補助情報が入力されると、各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、前記第２の符号化手段から受信したシンドロームビットを、前記ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号を行い、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段が、前記動き補償手段で生成された前記補償情報を用いて、前記量子化されたWyner-Zivフレームを逆量子化を行うことにより再構成し、出力することを特徴とする画像符号化・復号化方法。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
前記エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮して前記デコーダ側に送信し、
第２の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、２値変換を行い、ビットプレーンに分割し、該ビットプレーン毎に誤り訂正符号を用いてシンドロームビットを作成し並列に前記デコーダ側に送信し、
第１の復号手段により、前記第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、もう一方を動き補償手段に出力し、
前記動き補償手段が、前記第１の復号手段からもう一方のパスが入力されると、前記Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成し、
ビット尤度推定手段により、前記補助情報を２値変換し、前記各ビットプレーンのビット尤度を求め、
第２の復号手段により、前記第２の符号化手段から送信された前記Wyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、前記ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを取得し、
再構成手段により、前記量子化されたWyner-Zivフレームを逆２値変換を行い、前記動き補償手段で生成された前記補助情報を用いて逆量子化を行い、出力することを特徴とする画像符号化・復号化方法。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像フレームを符号化するエンコーダ側と、符号化されたフレームを復号するデコーダ側からなる画像符号化・復号化システムにおける画像符号化・復号化方法であって、
前記エンコーダ側において、
第１の符号化手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、該Ｋｅｙフレームを圧縮して前記デコーダ側に送信する第１の符号化ステップと、
レート制御手段により、前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、復号に必要なビット量を求めるレート制御ステップと、
第２の符号化手段により、前記Wyner-Zivフレームをビットプレーンに分割し、シンドロームビットを作成し、前記レート制御ステップで求められた前記復号に必要なビット量に従って、並列に前記デコーダ側に送信する第２の符号化ステップと、を行い、
前記デコード側において、
第１の復号手段により、前記第１の符号化手段から受信した圧縮されたＫｅｙフレームを伸長し、２つのパスに分割し、一方を該Ｋｅｙフレームの復号画像として出力し、もう一方のパスを動き補償手段に出力する第１の復号ステップと、
前記動き補償手段により、前記第１の復号手段からもう一方のパスが入力されると、前記Wyner-Zivフレームの復号時に該Wyner-Zivフレームとできるだけ等しい情報となるように、補助情報を生成する動き補償ステップと、
ビット尤度推定手段により、前記補助情報を用いて、前記各ビットプレーンのビット尤度を求めるビット尤度推定ステップと、
第２の復号手段により、前記第２の符号化手段から送信された前記Wyner-Zivフレームのシンドロームビットについて、前記ビット尤度を用いてメッセージ確率伝搬アルゴリズムにより復号し、量子化されたWyner-Zivフレームを取得する第２の復号ステップと、
再構成手段により、前記量子化されたWyner-Zivフレームを、前記動き補償手段で生成された前記補助情報を用いて逆量子化を行い、出力する再構成ステップと、
を行うことを特徴とする画像符号化・復号化方法。 - 前記第２の符号化ステップにおいて、前記レート制御ステップで求められた前記ビット量を用いてシンドロームビットを生成するための生成行列を生成し、該生成行列を用いてシンドロームビットを生成して、前記第２の復号手段に送信し、
前記第２の復号ステップにおいて、前記第２の符号化手段から送信された前記シンドロームビットに基づいて、検査行列を生成し、復号する
請求項９記載の画像符号化・復号化方法。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からのフレームを動画像を符号化するエンコーダ側のコンピュータに実行させる画像符号化プログラムであって、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮され、前後のフレームを用いて伸長されるWyner-Zivフレームが前記情報源から入力されると、ビットプレーンに分割する量子化ステップと、
前記ビットプレーンに対するシンドロームビットを生成し、該ビットプレーンと共に前記デコーダ側に並列に送信するステップと、
実行させることを特徴とする符号化プログラム。 - ＤＶＣ(Distributed Video Coding)を用いて情報源からの動画像のフレームを符号化されたフレームを復号するデコーダ側のコンピュータに実行させる画像復号プログラムであって、
前後のフレームの情報を用いずに圧縮及び伸長されるＫｅｙフレームが前記情報源から入力されると、前記Wyner-Zivフレームを復号するために、動き補償を用いてブロック単位の補助情報を生成し、該補助情報から並列化に適したビット尤度を求めるステップと、
前記エンコーダ側の前記符号化手段から受信した前記シンドロームビットと、前記ビット尤度を用いて前記ビットプレーンを復号するステップと、
前記復号手段で復号されたビットプレーンを前記補助情報を用いて再構成し、出力する再構成ステップと、
を実行させることを特徴とする画像復号化プログラム。
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