JP2011061877A - 符号化装置及び符号化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】CABAC符号化器、及び復号化器において入出力されるデータ量を、1ピクチャ、又はスライス、又はマクロブロック、又はブロックといったある符号化単位内において制限することと非圧縮画像データを符合化することにより、画像情報符号化装置や復号化装置がある一定の処理時間を保証することが可能となり、その処理時間を保証した装置を実装することが可能となる。
【選択図】図1
Description
9.2.1 Decoding flow and binarization
Binarizationとはnon-binary symbolからbinary列(binと呼ばれる)への変換を行う処理のことであり、9.2.1.1 - 9.2.1.4節において、CABACの為の基本的なbinarization方式が規定される。Decoding flow、及び、全てのsyntax elementに対するbinarization方法は9.2.1.5 - 9.2.1.9 節で規定される。
Unary codeによるbinalizationの最初の5 symbolに対する表をTable 9-19に示す。
Truncated unary (TU) binarizationは有限個のシンボル{0,…,Cmax}に対して適用される。Symbol C<Cmax;に対しては9.2.1.1節で規定されたunnary binarizationを行い、シンボルCmaxにはCmax 個の1を割り当てる。Bin numberの割り振り方はunary binarizationの場合と同じである。
Concatenated unary/kth-order Exp-Golomb (UEGk) binarization は、Cmax=Ucoff (Ucoff:Cut off parameter)としたtruncated unary binarization code (prefix code)とk次のExp-Golomb符号 (suffix code)とが連接されたものが変換後のbinary列となる。Symbol C がC<Ucoffの場合suffix codeは無く、C≧Ucoffの場合suffix codeはsymbol C-Ucoff に対するExp-Golomb符号となる。
while(1) {
//first unary part of EGk
if (symbol>= (unsigned int)(1<<k)){
put(‘1’);
S = S - (1<<k);
k++;’
}
else
{
put(‘0’); //now terminating zero of unary part of EGk
while (k--) //finally binary part of EGk
put( (S>>k)&0x01 );
break;
}
}
有限個のシンボル{0 , …, Cmax} に対し、L-bit (L= log2|Cmax|+1)のbinarizationを適用する。Bin numberはLSBをbin_num=1とし、MSBに向かって増えていく。
この節においてcoded_block_pattern, delta_qp 及びreference picture index, motion vector data, Intra4x4 prediction modesそれぞれのsyntax elementのbinarization方式を規定する。
動きベクトルの符号情報sign_mvd_compと係数値の符号情報coeff_signは以下のように復号される。最初に9.2.4.3.5節で規定されるDecode_eq_prob処理を行って得られたsign_indを用い、符号情報sign_infoをsign_info = ((sign_ind = = 0) ? 1 : -1)によって得る。
mb_skip_flagの復号は以下のように行われる。最初に9.2.2.2節で規定されたcontext modelを用いmb_skip_flag_decodedを復号する。次にmb_skip_flagをmb_skip_flag_decodedを反転する(i.e., mb_skip_flag = mb_skip_flag_decoded ^ 0x01)ことによって得る。
それぞれのbin numberに対して、それまでに復号されたsymbol等を含む諸条件によって決まるcontext variableが定義される。Context variableの値は特定のbin numberに対するcontext modelを定める。それぞれのbin number : bin_num に対して複数のcontext labelが定めらる場合もあるが、1つだけの場合もある。
Table 9-24, 9-25にcontext identifiersとそのcontext labelの範囲を示す。このcontext label(実際にはoffsetが加算されたものが参照label番号となる)とbin numberの関係によって、どのcontext variableがfixed modelを用い、どのcontext variableが複数のmodelを持つのかが分かる。
一般的なcontext variableの設定方法を説明するためにFigure 9-2(図22)を用いる。当該block Cに対して隣接する左blockと上blockにおける同一syntax elementのsymbolまたはbinがA,Bとして図示されている。
ctx_var_spat = cond_term(A, B), (9-1)
cond_term(A, B)は隣接symbol A,Bとcontext variableの間の関係を表す関数である。
ctx_var_spat1 = cond_term(A) + cond_term( B), (9-2)
ctx_var_spat2 = cond_term(A) + 2*cond_term( B), (9-3)
ctx_var_spat3 = cond_term(A). (9-4)
Table 9-26 において2つの隣接symbolからのcontext variableの求め方を示す。
ctx_cbp4はTable 9-28に示される6つのblock type(Luma-DC, Luma-AC, Chroma-U-DC, Chroma-V-DC, Chroma-U-AC, Chroma-V-AC)によって決定される。
(b1, …, bN) がsymbol Cのbinarizationに相当すると仮定した場合、Cのk番目のbinに対応するcontext variableは以下のように規定される。
ctx_var_bin[k] = cond_term(b1,…,bk-1), (9-6)
ただし、1<k≦Nとする。Table 9-27において、この種のcontext variableの与え方の一覧を示す。
変換係数の条件付けの為には、さらに3つの異なるcontext identifierが追加で用いられる。
ctx_last[scanning_pos] = Map_last(scanning_pos). (9-8)
(9-7) と (9-8) にあるMap_sigとMap_lastはblock typeに依存して変わる。
scanning_pos はzig-zag scanにおけるscan位置を示す。adaptive_block_size_transform_flag==1の場合のみに使われるcontext category=5 〜7 に対するMap_sig, Map_lastは12.5.2節で与えられる。
ctx_abs_lev[1] = ((num_decod_abs_lev_gt1!=0) ? 4: min(3, num_decod_abs_lev_eq1)), (9-9)
ctx_abs_lev[2] = min(4, num_decod_abs_lev_gt1), (9-10)
num_decod_abs_lev_eq1は係数値が1の係数の数を表し、num_decod_abs_lev_gt1は係数値が1より大きな係数の数を表す。Context variable ctx_abs_level[k], k=1,2 を算出する際には当該blockの変換係数のみが必要であり、他の情報は必要とされない。
9.2.3.1 Initialisation procedure
Sliceの先頭でstate numberと9.2.4.2で定義されるMPSに対応するシンボルが初期化される。それら2つを合わせて初期状態と呼ぶが、実際の初期状態は量子化パラメータQPによって以下のように定められる。
pre_state を P, B sliceの場合[0,101] に、I slice の場合[27,74]にクリップする。処理は以下の通り。
pre_state = min (74, max(27,pre_state)) for I-slices;
pre_state から {state, MPS} へのmappingを以下の式に従って行う:
if (pre_state <= 50) then {state = 50-pre_state, MPS = 0} else {state = pre_state-51, MPS = 1}
Tables 9-29−9-34に全てのsyntax elementに対する初期化parameterを示す。初期状態は9.2.3.1節に述べた方法によって得られる。
注- 算術符号は区間分割を行うことによって符号化を行う。与えられた’0’と’1’の予測確率p(‘0’)とp(‘1’)=1-p(‘0’)を用い、最初に与えられた区間Rはp(‘0’)´RとR-p(‘0’)´R,にそれぞれ分割される。受け取ったbinary値によって、どちらの区間を次の分割対象区間とするのかが決められる。Binary値は’0’,’1’よりも優勢シンボル(MPS)であるか劣勢シンボル(LPS)であるかが重要であり、それぞれのcontext model CTX はLPSの確率pLPSとMPSの種別(‘0’または’1’)によって決定される。
‘0’と’1’の発生確率がほぼ等しいとみなせるsyntax elementについては別の復号処理が適用される。
確率予測はLPSの確率{Pk | 0≦k<64}と遷移法則からなるfinite-state machine (FSM)によって行われる。Table 9-35に与えられたMPSまたはLPSに対する遷移法則を示す。任意のStateからMPSまたはLPSを符号化することによってNext_State_MPS(State)またはNext_State_LPS(State)に遷移する。
1シンボルの符号化/復号を行うたびにStateが変わり、その結果確率が更新される。
if(decision = = MPS)
State←Next_State_MPS_INTRA(State)
else
State←Next_State_LPS(State)
and all other
slice types
if(decision = = MPS)
State←Next_State_MPS(State)
else
State← Next_State_LPS(State).
LPSの発生確率が0.5、つまり、State=0の時にさらにLPSが得られた場合、LPSとMPSに対応するシンボル’0’,’1’の交換が行われる。
算術符号の復号器の状態は、範囲Rの分割区間中を指す値 V によって表される。Figure 9-3に復号処理全体を示す。最初に9.2.4.3.1で規定されるInitDecoder処理を行うことによりVとRが初期化される。1回のdecisionは以下のような2ステップの処理で行われる。最初にcontext model CTXが9.2.2節で示される規則によって生成され、次に与えられたCTXに従って9.2.4.3.2節で規定されるDecode(CTX)が適用されてsymbol S が得られる。
Figure 9-4に示される初期化処理において、Vには9.2.4.3.4節で示されるGetByte処理を用いて得られる2 byteの値が設定され、Rには0x8000が設定される。
Figure 9-5は1つのdecisionを行う処理flowchartを表す。最初のステップではLPSとMPSに対応する区間RLPS とRMPSが以下のように予測される。
与えられた区間の幅Rは、以下に示すように最初にQという値に量子化される。
Q=(R-0x4001)>>12, (9-11)
このQとStateを用いてRTABをindexingすることで以下のようにRLPSが得られる。
RLPS=RTAB[State][Q]. (9-12)
Table 9-36 にRTABを16bitで表現したものを示す。RTABは実際には8bitの精度で与えられているが、6bitの左シフトが施され形で与えられている。これは16bitアーキテクチャでの実装を容易にするためである。
R enormalization処理をFigure 9-6に示す。区間値Rと0x4000の比較が最初に行われるが、Rが0x4000よりも大きかった場合renormalizationは行われず、処理は終了する。そうでない場合、renormalization loopに入る。このloop内ではRの値が2倍、つまり、1bit左にshiftされ、bit-count BGは1減らされる。BG<0となった場合はGetByteによって新たなデータが読み込まれ、Bの最下位ビットがVに設定される。
Figure 9-7に圧縮データの入力処理を示す。初期化時またはrenormalizationでbit-counter BGが負の値になった場合にこの処理が適用される。最初にbitstream Cから新しいbyteが読み込まれる。次に、bitstream中の位置を示すCLの値が1増やされ、bit-counterの値が7に設定される。
この処理は動きベクトルの符号、及び、変換係数の符号のように符号化symbolが等しい発生確率を持っているとみなされる場合に適用される特別な処理である。そのような場合、symbol Sを復号し、区間を分割するという通常の処理は一回の比較(V>=Rhalf?)のみで行える。RenormalizationはFigure 9-8で示されたものと似ているが以下の2点が異なる。第1点目はrescaling処理R←(R<<1)が不要なことであり、2点目は、最初の比較(R<=0x4000?)が省けることである。
本発明における画像符号化装置の実施例を図1に示す。図1の装置10では符号化されるべき画像信号が入力され、符号化されたビットストリームが出力される。装置10は入力バッファ11と変換処理部12とCABAC処理部13と制限監視器14と出力バッファ15により構成される。入力バッファ11では、入力画像をマクロブロック単位に分割し出力をし、後段においてマクロブロックの処理が終わる毎に、次のマクロブロックを出力する。変換処理部12では、入力されたマクロブロック画像に対して処理を行い、ヘッダ情報や量子化された係数情報をCABAC処理部13に出力する。具体的には、パラメータ設定器16により、マクロブロックのモード情報や動きベクトル情報、量子化パラメータ等のヘッダ情報を設定し、その値(シンボル)を予測器17、DCT器18、量子化器19、及び、CABAC処理部13に出力する。ここで、パラメータ設定器16は、マクロブロックのヘッダ情報のみならず、スライスやピクチャのヘッダ情報も設定し、出力することを可能とするので、ここでは、全てを総称してヘッダ情報と記載する。なお、予測器17では動き補償が、DCT器18ではDCT変換が、量子化器19では量子化処理が、それぞれ、前段からの入力信号に対して、パラメータ設定器16からの入力信号を参照して適用される。
図1で示した装置10では、制限監視器14が再符号化信号を出力するたびに、変換処理部12は再度、新たな符号化パラメータを設定して対象マクロブロックの符号化を行わなければならないし、再度設定されたパラメータによって得られたデータにより、再度、制限監視器14のカウンタが閾値を超えてしまうということが繰り返される可能性もある。そのため、1つのマクロブロックに対して複数回、符号化処理を連続的に適用しなければならず、その分、1ピクチャの符号化時間が多くかかってしまう。
次に図3に、また別の本発明における画像符号化装置の実施例を示す。この実施例は、図1の実施例に加えて、非圧縮符号化データ、すなわち、入力されたマクロブロックに対して、圧縮しないRAWデータをそのまま符号化する経路を有している。
次に図4に、また別の本発明における画像符号化装置の実施例である装置50を示す。この実施例は、図2の装置30に加えて、非圧縮符号化データ、すなわち、入力されたマクロブロックに対して、圧縮しないRAWデータをそのまま符号化する経路を有している。
ちなみに、非圧縮符号化部58は、RAWデータを出力する非圧縮処理装置のみでなく、DPCM符号化装置などさまざまな圧縮装置に置き換えることが可能である。
次に図5に、図100の可逆符号化部106としてCABACではなくCAVLCを適用する装置60を示す。この装置60は図1の装置10のCABAC処理部13をCAVLC処理器63で置き換えたものであり、CAVLC処理器63と制限監視器64以外は同じ振る舞いをするため、ここではCAVLC処理器63と制限監視器64の動作についてのみ説明をする。
次に、図1〜4の装置に対応した本発明における画像情報復号化装置である装置80を図6を用いて示す。なお、図1、2の装置においては、非圧縮符号化部とその経路がないため、図6の装置80において、非圧縮復号化部88への経路は選択されることはない。この様なことが明らかな場合には、この非圧縮復号化部88とその経路を実装しないことも可能である。
FCD第9.2節の記述に準ずるものとする。
次に、本発明における符号化されたビットストリームの実施例について示す。ここまでの説明でも述べた様に、本発明ではビットストリーム内に圧縮したデータでも、RAWデータでも符号化することが可能である。このために、本発明のビットストリームでは、マクロブロックヘッダにおいて、そのマクロブロックがRAWデータとして符号化されているかそうでないかを明示的に示すヘッダ情報を付加し、そのヘッダ情報の後にRAWデータ、もしくは、圧縮されたビットデータのどちらかを続けている。ここで、RAWデータとして符号化されているかそうでないかを明示的に示すのに、マクロブロックヘッダ情報の1つであるmacroblock typeによって明示する。逆に言うと、本発明におけるビットストリームは、異なる符号化方式をマクロブロック単位で混在させることが可能であるということである。
これらのことから、本発明におけるビットストリームにより、画像情報符号化器、及び画像情報復号化器に対して、ある一定の復号化処理時間を保証することを可能としている。
Claims (1)
- 入力された画像データを符号化する符号化方法において、
変換手段が上記画像データをブロック毎に分割し、該分割されたブロック毎に変換処理を施す変換ステップと、
上記変換処理の結果に対してエントロピー符号化手段がCABAC符号化処理若しくはCAVLC符号化処理を施すエントロピー符号化ステップとを含み、
上記エントロピー符号化された結果として生成される出力ビットストリームのヘッダに対して、上記CABAC符号化処理若しくはCAVLC符号化処理のどちらの符号化処理が施されたかを示す選択情報を埋め込み、
上記変換手段によってブロック毎に分割された画像データに対して、上記変換処理も上記エントロピー符号化処理も行わない場合に、上記変換処理及び上記エントロピー符号化処理を行わない出力ビットストリームのヘッダにブロックタイプを示す情報を埋め込む
ことを特徴とする符号化方法。
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