JP2009534904A

JP2009534904A - エントロピー符号化及び復号のための方法及び装置

Info

Publication number: JP2009534904A
Application number: JP2009506187A
Authority: JP
Inventors: 豪毅安田; 健中條
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-04-21
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2027-04-19
Also published as: TW200818723A; WO2007123257A1; JP4695706B2; US20090096645A1; KR20090005001A; US7710297B2; EP2011237A1; CN101427472A; TWI338460B

Abstract

【解決手段】符号化すべき情報行列から該情報行列と相関を持つ参照行列を生成する生成器（１０５）、参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分の周辺の行列成分を第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準に分類し、第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい行列成分の集合を生成する分類器（１０３）、集合の行列成分を記号に変換する変換器（１０４）、集合の行列成分と対応する複数の内部節点、記号と一対一で対応する複数の枝及び複数の葉節点を有する文脈木を構成し、記号の系列と文脈木の葉節点から根節点に至る経路とを対応付けて情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算する計算器（１０１）、及び符号化確率に従って情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分を算術符号化する符号化器（１０２）を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エントロピー符号化及び復号のための方法及び装置に関する。

エントロピー符号化においては、符号化対象の符号化確率を求めることが必要である。符号化確率の計算法として、過去に出力された一次元データ系列と葉節点から根節点までの経路を対応付けた完全木（文脈木と呼ばれる）を用いる方法が提案されている。F. M.J. Willems, Y. M. Shtarkov, T. J. Tjalkens, “The Context Tree Weighting Method: Basic Properties,” IEEE Trans. Inform. Theory, vol.41, no.3, pp653-664, May 1995.に記載された方法は、文脈木重み付け（context-tree weighting：ＣＴＷ)アルゴリズムと呼ばれる。この文献や、T. Matsushima and S. Hirasawa, “A Bayes Coding Algorithm for FSM Sources,” Proc. Int. Symp. on Information Theory pp388, Sept. 1995に開示された符号化確率計算法を用いると、マルコフ過程の一次元データ系列出力に対して高い符号化効率が得られることが知られている。

エントロピー符号化の一つの応用として、符号化対象の情報行列と参照行列の２つの行列が与えられたとき、参照行列の成分を用いて情報行列の成分を符号化し、また復号することが考えられる。このように行列成分の符号化／復号に文脈木を用いた符号化確率の計算法を用いる場合、行列間の相関に応じて文脈木の葉節点から根節点までの経路を設定する必要がある。例えば、映像系列において時間的に連続する２つのフレームの画素レベルを情報行列及び参照行列としたとき、一般には情報行列の成分と参照行列の成分との相関は、両行列成分間の距離が小さいほど高い。このとき単純に参照行列をラスタスキャン順にすなわち水平方向に並べた一次元データ系列と、文脈木の葉節点から根節点までの経路とを対応付けて符号化／復号を行うと、注目する情報行列の成分と垂直方向に並ぶ参照行列の成分との相関を全く考慮せずに符号化／復号を行ってしまう結果となる。これは符号化効率向上の面で好ましくない。

本発明は、情報行列と参照行列との相関に適した文脈木を構成し、該文脈木を用いて高効率のエントロピー符号化及び復号を可能とすることを目的とする。

本発明の第１の観点によると、符号化すべき情報行列から該情報行列と相関を持つ参照行列を生成すること；前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲の行列成分を前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準に分類し、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい行列成分の集合を生成すること；前記行列成分を予め決められた演算に従って記号に変換すること；根節点、前記行列成分と対応する複数の内部節点、前記記号と一対一で対応する複数の枝及び複数の葉節点を有する文脈木を構成すること；前記記号を前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離の大きさ順に並べた系列と前記文脈木の前記葉節点から前記根節点に至る経路とを対応付けて、各節点が保持する確率の重み付け和として前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算すること；前記符号化確率に従って前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分を算術符号化して符号語を生成すること；を備えるエントロピー符号化方法を提供する。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

（エントロピー符号化装置）
図１に示されるように、一実施形態に従うエントロピー符号化装置は、参照系列生成器１０５、情報分類器１０３、情報変換器１０４、符号化確率計算器１０１及び符号化器１０２を有する。参照系列生成器１０５、符号化確率計算器１０１、及び符号化器１０２は符号化すべき情報行列１１を受け取る。

参照系列生成器１０５は、例えば符号化した情報行列の成分を保存するメモリであり、既に符号化した情報行列の成分を参照行列１４として出力する。情報分類器１０３では、参照行列１４の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲にある成分を予め決められた規則に従って分類することによって集合１５が構成される。本明細書では、情報行列１１及び参照行列１４の成分を行列成分とも称する。情報変換器１０４では、集合１５の各行列成分が予め決められた演算に従って記号１６にそれぞれ変換される。符号化確率計算器１０１では、情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分と情報変換器１０４から出力される記号１６を参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と参照行列の成分との間の距離の大きさ順に並べた系列１７を用いて符号化確率１２が計算される。符号化器１０２によって、例えばＣＴＷアルゴリズムにより符号化確率１２に従って情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分に算術符号化が施され、符号語１３が生成される。

以下、図１のエントロピー符号化装置の各部について詳細に説明する。
情報行列１１及び参照行列１４を共にＶ行Ｈ列の行列とし、第ｉ_m行・第ｊ_m列成分と第ｉ_s行・第ｊ_s列成分との間の距離を

とする。情報行列１１及び参照行列１４の行列成分の取り得る値の集合をそれぞれΞ，Ψとし、Ξ，Ψの要素数を｜Ξ｜，｜Ψ｜とし、また１以上の自然数全体の集合をＮとして定義しておく。このとき情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分と参照行列１４の集合１５の行列成分との間の距離は、次式で表される。

ここで、ｉ_s及びｊ_sは前記行列成分の行番号及び列番号を表す；
参照系列生成器１０５は、既に符号化した情報行列１１の成分を参照行列１４の成分として生成する。ラスタスキャン順に情報行列１１の成分を符号化する場合を例に説明すると、参照系列生成器１０５は、予め決められた規則に従い、情報行列１１の既に符号化された成分を用いて、参照行列１４の該既に符号化した成分と対応する位置にある成分を生成する。例えば、図２に示すように情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分ｘ_i,jを符号化するとき、図３に示すように参照行列１４の成分が生成されていることになる。

情報分類器１０３は、参照行列１４の第ｉ行・第ｊ列成分の周辺の予め決められた範囲にある成分を第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準に分類し、第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい成分を持つ集合１５を構成する。例えば、図４に示すように参照行列１４の第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、第ｉ−２行・第ｊ列の範囲にある成分を、第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が１，√２及び２である成分毎に分類し、第ｉ行・第ｊ−１列成分と第ｉ−１行・第ｊ列成分の組、第ｉ−１行・第ｊ＋１列成分と第ｉ−１行・第ｊ−１列成分の組、及び第ｉ行・第ｊ−２列成分と第ｉ−２行・第ｊ列成分の組の３つの集合を構成する。

第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、及び第ｉ−２行・第ｊ列のうち、参照行列１４の範囲外となった成分については予め決められた定数を適用する。例えば、ｈ,ｖ∈Ｎ，ｈ＜０またはｈ＞Ｈ，ｖ＜０またはｖ＞Ｖのとき、ｙ_{v, h}＝０とする。

情報変換器１０４は、集合１５の各行列成分を予め決められた演算に従って記号１６に変換する。以下、情報分類器１０３によって構成された集合１５の中で第ｉ行・第ｊ列成分からの距離がｒ番目に近い成分を含む集合の行列成分を変換した記号１６をｚ_rとし、ｚ_rの取り得る値の集合をＺ_rとし、Ｚ_rの要素数を｜Ｚ_r｜とする。例えば、情報変換器１０４が情報分類器１０３によって分類された下記の集合

の行列成分を

に変換する場合を考える。この場合、第ｉ行・第ｊ−１列成分ｙ_i,j-1と第ｉ−１行・第ｊ列成分ｙ_i-1,jの組、第ｉ−１行・第ｊ＋１列成分ｙ_i-1,j+1と第ｉ−１行・第ｊ−１列成分ｙ_i-1,j-1の組、及び第ｉ行・第ｊ−２列成分ｙ_i,j-2と第ｉ−２行・第ｊ列成分ｖの組について下記の演算を行い、記号ｚ₁，ｚ₂，ｚ₃を生成する。

また、情報変換器１０４が集合Ｇの行列成分を

に変換するときは次式の演算を行い、記号ｚ₁，ｚ₂，ｚ₃を生成する。

符号化確率計算器１０１は、情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分と情報変換器１０４から出力される記号１６の系列１７及び予め構成された文脈木を用いて符号化確率を計算する。すなわち、符号化確率計算器１０１は記号１６を参照行列１４の第ｉ行・第ｊ列成分と集合Ｇの行列成分との間の距離の大きさ順に並べた系列と文脈木の葉節点から根節点に至る経路とを対応付けて、各節点が保持する確率の重み付け和として情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算する。

以下、文脈木の構成方法について、図５、図６及び図７を用いて説明する。図５のフローチャートは、文脈木の構成手順を示している。
まず、ステップＳ１０１において文脈木の最大深さＤを設定する。具体的には、最大深さＤを情報分類器１０３で構成された集合１５の数に等しくする。

ステップＳ１０２では、文脈木の根節点を生成する。ここで、深さを表すカウンタをｄ、代入演算子を＝としてｄ＝０としておく。
ステップＳ１０３では、ｄが最大深さＤより小さいか否かを判断する。ｄがＤより小さければステップＳ１０４の処理を行い、そうでなければ文脈木の構成を終了する。
ステップＳ１０４では、情報分類器１０３で構成された各集合１５の中で第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が（ｄ＋１）番目に近い成分を含む集合と深さｄの節点とを対応付ける。
ステップＳ１０５では、深さｄの節点から分岐させた枝を生成し、子節点を生成する。ここで、枝の分岐数は、深さｄの節点に対応する集合の成分を変換した記号の取り得る値の数｜Ｚ_d｜と等しくする。
ステップＳ１０６では、ステップＳ１０５で生成された枝と、深さｄの節点に対応する集合の成分を変換した記号とを一対一に対応付ける。
ステップＳ１０７では、ｄ＝ｄ＋１とし、ステップＳ１０３に戻る。

以上の処理を行うことにより、情報変換器１０４から出力される記号１６の系列１７と文脈木の葉接点から根節点までの経路を一対一に対応づけることができる。例えば、参照行列の成分ｙ_v,h（ｈ，ｖ∈Ｎ，１≦ｈ≦Ｈ，１≦ｖ≦Ｖ）についてｙ_v,h∈｛０，１｝となり、参照行列の第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、及び第ｉ−２行・第ｊ列の範囲にある成分を情報分類器１０３により分類して集合を構成する。

ここで、各集合の成分を符号化確率計算器１０１によって数式（１５．１），（１５．２）及び（１５．３）の演算により変換するとき、文脈木は図６のようになる。例えば、情報変換器１０４から出力される記号１６がｚ₁＝０，ｚ₂＝１，ｚ₃＝２であったときは、図７に示されるように記号１６の系列１７であるｚ₃ ｚ₂ ｚ₁＝２１０と、図７中の太線で描かれた文脈木の葉節点から根節点までの経路とが対応する。この例から理解されるように、系列１７においては記号１６が参照行列１４の第ｉ行・第ｊ列成分と集合１５の行列成分との距離の大きさ順に並べられている。すなわち、記号１６は参照行列１４の第ｉ行・第ｊ列成分との距離が最も大きい位置の行列成分を含む集合に対応する記号から順に並べられている。

次に、このようにして構成された文脈木を用いてＣＴＷアルゴリズムにより符号化確率を計算する手順について説明する。情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分についての符号化確率を求める場合、例えば、先のT. Matsushima and S. Hirasawa, “A Bayes Coding Algorithm for FSM Sources,” Proc. Int. Symp. on Information Theory pp388, Sept. 1995, the entire contents of which are incorporated herein by referenceを用いて符号化確率計算を行うことができる。以下、図８を用いて符号化確率計算をラスタスキャン順に行う場合の手順について述べる。

まず、ラスタスキャン順序でｔ番目の情報行列の成分をｘ_tとする。文脈木については任意の節点ｓに対してそれが内部節点であれば、ｑ_t（ｓ），ｐ_t,s（ｘ｜ｓ），ｎ_t（ｘ｜ｓ），α（ｘ｜ｓ）（ｘ∈Ξ）を対応させる。節点であれば、ｐ_t,s（ｘ｜ｓ），ｐ_t,m（ｘ｜ｓ），ｎ_t（ｘ｜ｓ），α（ｘ｜ｓ）（ｘ∈Ξ）を対応させる。

ステップＳ２０１では、情報変換器１０４から出力される記号ｚ_d（１≦ｄ≦Ｄ）からなる系列ｚ_D ｚ_D-1 ・・・ｚ₁と文脈木上の節点から根節点までの経路とを本装置が対応付ける。
ステップＳ２０２では、本装置は、深さを表すカウンタｄを次式により初期化する。
ｄ＝Ｄ（＊）
ステップＳ２０３では、ｄが０以上であるか否かを判断する。ｄが０以上であればステップＳ２０４の処理を行い、そうでなければステップＳ２０８の処理を行う。
ステップＳ２０４では、ｄが最大深さＤより小さいか否かを判断する。ｄがＤより小さければステップＳ２０５の処理を行い、そうでなければステップＳ２０６の処理を行う。
ステップＳ２０５では、ステップＳ２０１で設定された経路上にある深さｄの節点ｓ_dについて次式の計算を行う。

ステップＳ２０６では、ステップＳ２０１で設定された経路上にある深さｄの節点ｓ_dについて次式の計算を行う。

とする。ステップＳ２０７ではｄ＝ｄ−１とする。

ステップＳ２０８では、本装置は、再び式（＊）により深さを表すカウンタｄの初期化を行う。

ステップＳ２０９では、ｄが０以上であるか否かを判断する。ｄが０以上であればステップＳ２１０の処理を行い、そうでなければＣＴＷアルゴリズムを終了する。
ステップＳ２１０では、ｄがＤより小さいか否かを判断する。ｄがＤより小さければステップＳ２１１の処理を行い、そうでなければステップＳ２１２の処理を行う。

ステップＳ２１１では、ステップＳ２０１で設定された経路上にある深さｄの節点ｓ_ｄについて本装置は次式の計算を行う。

数式（２０）の計算を全てのｘ∈Ξについて行う。

ステップＳ２１２では、ステップＳ２０１で設定された経路上にある深さｄの節点ｓ_dについて次式の計算を行う。

数式（２１）の計算を全てのｘ∈Ξについて行う。
ステップＳ２１３では、ｄ＝ｄ−１とする。
以上の処理を行い、根節点ｓ₀に対応した以下の値を符号化確率とする。

符号化器１０２は、こうして計算された符号化確率に従って情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分に対し算術符号化、つまりエントロピー符号化（可変長符号化）を行い、符号語を生成する。すなわち、符号化器１０２は符号化確率に応じて符号長を制御するエントロピー符号化により情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分に対する符号語を生成する。また、符号化器１０は言い換えれば、符号化確率に応じて加算・減算・積算・除算・ビット処理演算の何れかによる算術演算を行うことにより、情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分に対する符号語を生成する。さらに、符号化器１０は数直線上の区間を、系列の符号化確率に応じた幅を持ちその系列と対応付けられた小区間に細分し、符号化する系列に対応する小区間の一点を符号語として表すことにより情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分に対する符号語を生成する。

以下、情報行列１１の成分をラスタスキャン順に符号化し、２値の符号語（可変長符号）を生成する例について図９を用いて説明する。

情報行列１１及び参照行列１４の成分の個数をｎ、ラスタスキャン順序で１番目からｔ番目までの系列をｘ^t、空系列をｘ⁰とする。行列の成分の個数は、ｎ＝Ｈ×Ｖである。

ステップＳ３０１では、カウンタの値をｔ＝１とする。

ステップＳ３０２では、ｔがｎ以下であるか否かを判断する。ｔがｎ以下であるとき、ステップＳ３０３の処理を行う。そうでなければ、ステップＳ３０５の処理を行う。

ステップＳ３０３では、次式の計算を２進数で行う。

Ｆ（ｘ⁰），Ｔ（ｘ⁰）についてはＦ（ｘ⁰）＝０，Ｔ（ｘ⁰）＝１とする。
ステップＳ３０４では、ｔ＝ｔ＋１とする。
ステップＳ３０５では、それ以前の処理で計算されているＦ（ｘⁿ）の小数点以下第一位から数式（２３）で加算が適用された最下位までの値を順に並べたものを符号語として生成する。

上述したように、符号化装置は、情報系列と参照行列との相関に適した文脈木を構成することが可能になるため、参照行列を単純にラスタスキャン順に並べた一次元データ系列と文脈木の葉節点から根節点までの経路とを対応付ける場合と比べて符号化効率が向上する。

（エントロピー復号装置）
次に、上述したエントロピー符号化装置に対応するエントロピー復号装置について説明する。図１０に示されるように、本発明の一実施形態に従うエントロピー復号装置は、復号器２０１、情報分類器２０２、情報変換器２０３、符号化確率計算器２０４及び参照系列生成器２０５を有する。復号器２０１は、復号すべき符号語（可変長符号）２１を受け取る。復号器２０１では、符号語２１がエントロピー符号化されることによって情報行列２２が生成される。

参照系列生成器２０５は、例えば復号した情報行列の成分を保存するメモリであり、既に復号した情報行列の成分を参照行列２３として出力する。情報分類器２０２では、参照行列２３の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲にある成分を予め決められた規則に従って分類することによって集合２４が構成される。本明細書では、情報行列２２及び参照行列２３の成分を行列成分とも称する。情報変換器２０３では、集合２４の各行列成分が予め決められた演算に従って記号２５にそれぞれ変換される。符号化確率計算器２０４では、情報行列１１の第ｉ行・第ｊ列成分と情報変換器２０３から出力される記号２５を参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と参照行列の成分との間の距離の大きさ順に並べた系列２６を用いて符号化確率２７が計算される。復号器２０１によって、例えばＣＴＷアルゴリズムにより符号化確率２７に従って符号語２１がエントロピー復号され、情報行列２２が生成される。情報行列２２の第ｉ行・第ｊ列成分は参照系列生成器２０５と符号化確率計算器２０４に入力される。

以下、図１０のエントロピー復号装置の各部について詳細に説明する。
図１に示したエントロピー符号化装置がラスタスキャン順に情報行列の成分を符号化する場合を例に説明すると、参照系列生成器２０５は符号語２１を既に復号して得られる情報行列２２の成分から予め決められた規則に従い参照行列２３の成分を生成する。情報系列２２の成分から参照行列２３を生成する規則は、図１に示したエントロピー符号化装置における参照系列生成器１０５によって情報行列１１の成分から参照行列１４を生成する規則と共通である。

情報分類器２０２、情報変換器２０３及び符号化確率計算器２０４は、それぞれ図１に示したエントロピー符号化装置における情報分類器１０３、情報変換器１０４及び符号化確率計算器１０１と同様の処理を行う。すなわち、情報分類器２０２は参照行列２３の第ｉ行・第ｊ列成分の周辺の予め決められた範囲にある成分、例えば図４に示す参照行列２２の第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、第ｉ−２行・第ｊ列の範囲にある成分を第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準に分類し、第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい成分を持つ集合２４を構成する。参照行列２３の第ｉ行・第ｊ列成分の周辺の予め決められた範囲については、エントロピー符号化装置と共通に定めておくものとする。また、第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、及び第ｉ−２行・第ｊ列のうち、参照行列２３の範囲外となった成分については適用する定数は、図１に示したエントロピー符号化装置と共通に定めておくものとする。

情報変換器２０３は、集合２４の各行列成分を図１に示したエントロピー符号化装置における情報変換器１０４と同様の演算、例えば式（１２）〜（１７）の演算に従って記号２５に変換し、記号２５の系列２６を出力する。符号化確率計算器２０４は、情報変換器２０３からの記号２５の系列２６及び予め構成された文脈木を用いて符号化確率を計算する。文脈木の構成方法及びそれに基づく符号化確率の計算方法は、図１に示したエントロピー符号化装置における符号化確率計算器１０１と同様である。

復号器２０１は、符号化確率２７に従って符号語２１をエントロピー復号（可変長復号）し、情報行列２２の第ｉ行・第ｊ列成分を再生する。図１に示したエントロピー符号装置によって生成された符号語を復号する場合を例にとり、図１１を用いて復号器２０１の処理の流れを説明する。

ステップＳ４０１では、カウンタ値ｔについてｔ＝１とする。

ステップＳ４０２では、カウンタ値ｔがｎ以下であるか否かを判断する。ｔがｎ以下であるとき、ステップＳ４０３の処理を行う。そうでなければ、復号を終了する。

ステップＳ４０３では、以下の数式によってラスタスキャン順でｔ番目にあたる情報行列の成分ｘ_ｔを復号する。計算は２進数で行われるものとする。

ここで、Ｗ₀＝Ｆ（ｘⁿ）とする。

ステップＳ４０４では、

とする。
ステップＳ４０５では、ｔ＝ｔ＋１とし、ステップＳ４０２に戻る。

次に、本発明の他の一実施形態について説明する。これまで述べた実施形態では、参照系列生成器として符号化した情報系列あるいは復号した情報系列を保存するメモリを用い。符号化すべき情報系列あるいは符号語を復号して得られる情報系列と参照系列が同じ系列、すなわち参照系列が既に符号化または復号された情報系列である場合について述べた。しかしながら、参照系列は情報系列と必ずしも同じ系列でなくともよく、情報系列と相関を持つ系列であればよい。

次に、本発明の一実施形態に従うエントロピー符号化装置及びエントロピー復号装置の応用例について述べる。エントロピー符号化／復号は、例えば映像符号化／復号装置に用いられる。映像符号化装置においては、映像系列の１フレームがブロックに分割され、ブロック単位に入力映像系列または予測残差の画素レベルが離散コサイン変換（ＤＣＴ）等により直交変換され、直交変換係数が生成される。直交変換係数は量子化され、量子化された直交変換係数がエントロピー符号化される。

このような映像符号化装置において、各ブロックに含まれる量子化された直交変換係数が全て０であるか否かを判定する情報として、全て０であるときは値０、そうでないときは値１を送り、さらにフラグの値が１であるときのみ量子化された直交変換係数の値を送る方法がある。このとき、ブロックに含まれる量子化された直交変換係数が全て０であるか否かを示す情報をブロックの位置に合わせて１フレーム分並べることによって情報系列が生成される。本発明の一実施形態に従うエントロピー符号化装置は、このような情報系列をエントロピー符号化するのに適しており、また本発明の一実施形態に従うエントロピー復号装置は、それによって生成された符号語を復号して元の情報系列を再生するのに適している。

当業者であればさらなる効果及び改良に直ちに気が付くであろう。故に本発明の広い範囲はここに記載され示された代表的な実施形態及び特定の詳細に限定されない。従って添付のクレーム及びその均等物に規定された発明の一般概念の精神又は範囲から逸脱することなく、種々の変形がなされてもよい。

図１は、一実施形態に従うエントロピー符号化装置を示すブロック図である；図２は、情報行列の例を示す図である；図３は、参照行列の例を示す図である；図４は、情報分類器における分類の例を示す図である；図５は、文脈木の構成手順を示すフローチャートである；図６は、文脈木の例を示す図である；図７は、記号の系列と図６の文脈木における葉節点から根節点まで経路との対応付けの例を示す図である；図８は、符号化確率の計算手順を示すフローチャートである；図９は、符号化器におけるエントロピー符号化の手順を示すフローチャートである；図１０は、一実施形態に従うエントロピー復号装置のブロック図である；図１１は、復号器におけるエントロピー復号の手順を示すフローチャートである。

Claims

情報行列から、該情報行列と相関を持つように符号化される参照行列を生成すること；
前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲の行列成分を、前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準にして、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい成分集合に分類すること；
前記成分集合の各々に属する行列成分を記号に変換すること；
根節点、前記成分集合と対応する複数の内部節点、前記記号と一対一で対応する複数の枝及び複数の葉節点を有する文脈木を構成すること；
前記記号を前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離の大きさ順に並べた系列と前記文脈木の前記葉節点から前記根節点に至る経路とを対応付けて、各節点が保持する確率の重み付け和として前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算すること；
前記符号化確率に従って前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分を算術符号化して符号語を生成すること；を備えるエントロピー符号化方法。
情報行列から、該情報行列と相関を持つように符号化される参照行列を生成する生成器と；
前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲の行列成分を前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準にして、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい成分集合に分類する分類器と；
前記成分集合の各々に属する行列成分を記号に変換する変換器と；
根節点、前記成分集合と対応する複数の内部節点、前記記号と一対一で対応する複数の枝及び複数の葉節点を有する文脈木を構成し、前記記号を前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離の大きさ順に並べた系列と前記文脈木の前記葉節点から前記根節点に至る経路とを対応付けて、各節点が保持する確率の重み付け和として前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算する計算器と；
前記符号化確率に従って前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分を算術符号化して符号語を生成する符号化器と；
を備えるエントロピー符号化装置。
前記参照行列生成器は、既に符号化された情報行列を前記参照行列として生成する請求項２記載のエントロピー符号化装置。
前記第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離は、

ここで、ｉ_s及びｊ_sは前記行列成分の行番号及び列番号を表す；
によって定義される請求項２記載のエントロピー符号化装置。
前記分類器は、前記参照行列の第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、及び第ｉ−２行第ｊ列の範囲の行列成分を分類する請求項２記載のエントロピー符号化装置。
前記変換器は、前記参照行列の行列成分の取り得る値の集合をΨ、Ψの要素数を｜Ψ｜，Ψ＝｛０，１，．．．，｜Ψ｜−１｝、整数全体の集合をＺ、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい行列成分の集合を

ここで、｜Ｇ｜は集合Ｇの要素数；
としたとき、前記集合Ｇに含まれる行列成分を以下の記号に変換する請求項２記載のエントロピー符号化装置。
前記変換器は、前記参照行列の行列成分の取り得る値の集合をΨ、Ψの要素数を｜Ψ｜，Ψ＝｛０，１，．．．，｜Ψ｜−１｝、整数全体の集合をＺ、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい行列成分の集合を

ここで、｜Ｇ｜は集合Ｇの要素数；
としたとき、前記集合Ｇに含まれる行列成分を以下の記号に変換する請求項２記載のエントロピー符号化装置。
前記文脈木は、前記分類器が生成する集合の数と等しい深さを持つ請求項２記載のエントロピー符号化装置。
前記文脈木は、深さの浅い位置にある内部節点ほど、前記分類器が生成する集合のうち前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分との距離が近い行列成分と一対一に対応する請求項２記載のエントロピー符号化装置。
符号語を復号することにより生成される情報行列から該情報行列と相関を持つ参照行列を生成すること；
前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲の行列成分を、前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準にして、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい成分集合に分類すること；
前記成分集合の各々に属する行列成分を記号に変換すること；
根節点、前記成分集合と対応する複数の内部節点、前記記号と一対一で対応する複数の枝及び複数の葉節点を有する文脈木を構成すること；
前記記号を前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離の大きさ順に並べた系列と前記文脈木の前記葉節点から前記根節点に至る経路とを対応付けて、各節点が保持する確率の重み付け和として前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算すること；
前記符号化確率に従って前記符号語を復号して前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分を生成すること；を備えるエントロピー復号方法。
符号語を復号することにより生成される情報行列から該情報行列と相関を持つ参照行列を生成する生成器と；
前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分（ｉ，ｊは任意の整数）の周辺の予め決められた範囲の行列成分を、前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離を基準にして、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい成分集合に分類する分類器と；
前記成分集合の各々に属する行列成分を記号に変換する変換器と；
根節点、前記成分集合と対応する複数の内部節点、前記記号と一対一で対応する複数の枝及び複数の葉節点を有する文脈木を構成し、前記記号を前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離の大きさ順に並べた系列と前記文脈木の前記葉節点から前記根節点に至る経路とを対応付けて、各節点が保持する確率の重み付け和として前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分の符号化確率を計算する計算器と；
前記符号化確率に従って前記符号語を復号して前記情報行列の第ｉ行・第ｊ列成分を生成する復号器と；を備えるエントロピー復号装置。
前記参照行列生成器は、既に符号化された情報行列を前記参照行列として生成する請求項１１記載のエントロピー復号装置。
前記第ｉ行・第ｊ列成分と前記行列成分との間の距離は、

ここで、ｉ_s及びｊ_sは前記行列成分の行番号及び列番号を表す；
によって定義される請求項１１記載のエントロピー符号化装置。
前記分類器は、前記参照行列の第ｉ行・第ｊ−１列、第ｉ−１行・第ｊ列、第ｉ−１行・第ｊ＋１列、第ｉ−１行・第ｊ−１列、第ｉ行・第ｊ−２列、及び第ｉ−２行第ｊ列の範囲の行列成分を分類する請求項１１記載のエントロピー復号装置。
前記変換器は、前記参照行列の行列成分の取り得る値の集合をΨ、Ψの要素数を｜Ψ｜，Ψ＝｛０，１，．．．，｜Ψ｜−１｝、整数全体の集合をＺ、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい行列成分の集合を

ここで、｜Ｇ｜は集合Ｇの要素数；
としたとき、前記集合Ｇに含まれる行列成分を以下の記号に変換する請求項１１記載のエントロピー復号装置。
前記変換器は、前記参照行列の行列成分の取り得る値の集合をΨ、Ψの要素数を｜Ψ｜，Ψ＝｛０，１，．．．，｜Ψ｜−１｝、整数全体の集合をＺ、前記参照行列の前記第ｉ行・第ｊ列成分からの距離が等しい行列成分の集合を

ここで、｜Ｇ｜は集合Ｇの要素数；
としたとき、前記集合Ｇに含まれる行列成分を以下の記号に変換する請求項１１記載のエントロピー復号装置。
前記文脈木は、前記分類器が生成する集合の数と等しい深さを持つ請求項１１記載のエントロピー復号装置。
前記文脈木は、深さの浅い位置にある内部節点ほど、前記分類器が生成する集合のうち前記参照行列の第ｉ行・第ｊ列成分との距離が近い行列成分と一対一に対応する請求項１１記載のエントロピー復号装置。