JP3579412B2 - Variable length decoding method and apparatus - Google Patents

Description

を満足する符号ｃを選択する。ここで、Ｌｉは符号語構成部２２より与えられる符号語の重みによって計算することができる符号長である。この場合の符号語の重みとは、符号語における“１”または“０”の数をいう。
【００２６】
以下、符号語構成部２２における符号語の構成方法について述べる。
【００２７】
図４は、本実施形態による可変長符号の基となる重みが一定の２進符号系列の作り方の例を示している。図４（ａ）に示すように、ｓｔａｒｔ地点からｅｎｄ地点に至る格子状の有向グラフを形成する。この有向グラフについてｓｔａｒｔ地点からｅｎｄ地点までの経路をたどる際、左側の経路を選択した時は“０”、右側の経路を選択した時は“１”をそれぞれ対応させることにより、図４（ｂ）に示す２進符号系列を生成する。この例では、符号長が５ビットで、重み（“１”の数）が２の２進符号系列を生成している。一般に、符号長がｎビットで重みがｗの２進符号系列は、ｎ個からｗ個を選択する組み合わせの数だけ存在する。ここでは、５個から２個を選択する組み合わせの数＝１０個の２進符号系列が存在することになる。
【００２８】
図５は、符号語構成部２２における順方向にも逆方向にも復号可能な可変長符号（以下、リバーシブル符号という）の符号語の第１の構成方法を示している。まず、図５の左側に示すように、符号長が短い順に（情報シンボル−１）個（この場合は、９個）だけ、図４の方法によって重み（“１”の数）が一定（この場合は、１個）の２進符号系列を作成する。次に、図５の右側に示すように、この２進符号系列のそれぞれの先頭と末尾に“１”を追加し、最も短い符号には０”を割り当てることによって、リバーシブル符号の符号語を構成する。このリバーシブル符号は、情報シンボルＡに対しては符号“０”、それ以外の情報シンボルＢ〜Ｊに対しては符号が“１”から必ず始まり、“１”が全部で３個出現したら符号が終わる符号構成、つまり符号の区切り（符号長）が分かる構成となっている。
【００２９】
可変長符号がリバーシブル符号、すなわち順方向にも逆方向にも復号可能な符号であるための必要十分条件は、全ての符号語が順方向の復号木の葉と逆方向の復号木の葉に割り当てられることである。復号木の葉とは、復号木の末端、つまりそれより先には何も無い個所をいう。例えば、図５の可変長符号は、全ての情報シンボルＡ〜Ｊに対応する符号語が図６（ａ）に示す順方向の復号木の葉にも、図６（ｂ）の逆方向の復号木の葉にも割り当てられることから、順方向にも逆方向にも復号可能であることが分かる。
【００３０】
図５の可変長符号の符号語構成方法のパラメータは、符号語中の“１”の数を重みとし、重みを２以上の自然数ｗとすることにより、様々な情報シンボルの生起確率に対応することができる。もちろん、ビットを反転させて、“０”の数を重みと考えて議論しても同様である。
【００３１】
図７は、符号語構成部２２におけるリバーシブル符号の符号語の第２の構成方法を示している。まず、図７の左側に示すように、符号長が短い順に（情報シンボル／２）個だけ、図４の方法によって重み（“１”の数）が一定（この場合は、１個）の２進符号系列を作成する。次に、図７の中央に示すように、この２進符号系列のそれぞれの先頭と末尾に“１”を追加し、さらに図７の右側に示すように、各符号語をビット反転させた符号語を追加する。
【００３２】
この可変長符号では、各符号の最初にあるシンボルの個数をカウントすることによって符号長が分かる。図７の例では、各符号の最初にあるシンボルが４つ出現したら符号が終わる符号構成、つまり符号の区切り（符号長）が分かる符号構成となっている。
【００３３】
この図７の可変長符号は、全ての情報シンボルＡ〜Ｊに対応する符号語が図８（ａ）に示す順方向の復号木の葉にも、図８（ｂ）の逆方向の復号木の葉にも割り当てられることから、順方向にも逆方向にも復号可能であることが分かる。
【００３４】
図９は、符号語構成部２２におけるリバーシブル符号の符号語の第３の構成方法を示している。このリバーシブル符号は、“０”と“１”の数が同じ数になることで、符号語の符号長が分かるような符号構成となっている。すなわち、図９（ａ）に示す格子状の有向グラフを考え、この有向グラフについてｓｔａｒｔ地点から出発して左側の経路を選択した時は“０”、右側の経路を選択した時は “１”をそれぞれ対応させ、ｓｔａｒｔ地点を通る対角線上の黒丸の点に到達する経路を符号語として生成する。
【００３５】
この場合、全ての情報シンボルＡ〜Ｊに対応する符号語が図１０（ａ）に示す順方向の復号木の葉にも、図１０（ｂ）の逆方向の復号木の葉にも割り当てられることから、順方向にも逆方向にも復号可能であることが分かる。
【００３６】
次に、本発明に係るリバーシブル符号の短縮化方法について説明する。情報シンボルの数、つまり可変長符号の符号数は有限であるため、可変長符号の一部の符号を短縮化することが可能である。ここで、短縮化とは他の符号の符号長を増やすことなく、一部の符号の符号長を縮めることをいう。図１１は、リバーシブル符号の短縮化方法の一例を示している。
【００３７】
例えば、図７に示したリバーシブル符号は情報シンボルＧ，Ｈ，Ｉ，Ｊに対応する符号語の末尾の１ビットを削除しても、順方向および逆方向のいずれの方向からも復号可能である。これを利用して、図１１では情報シンボルＧ，Ｈ，Ｉ，Ｊに対応する４つの符号語の符号長を短縮化している。
【００３８】
そして、この図１１に示す可変長符号は、全ての情報シンボルＡ〜Ｊに対応する符号語が図１２（ａ）に示す順方向の復号木の葉にも、図１２（ｂ）の逆方向の復号木の葉にも割り当てられることから、順方向にも逆方向にも復号可能であることが分かる。
【００３９】
次に、図１３を参照して本発明に係るリバーシブル符号の拡張化方法について説明する。リバーシブル符号の拡張化は、各符号の先頭および末尾の少なくとも一方に等長符号を付加して、同一の符号長の符号語数を拡大することで実現することができる。図１３の例では、左側に示すリバーシブル符号のそれぞれの末尾に２ビットの等長符号を付加している。この場合、リバーシブル符号の各符号は全体的に符号長が２ビット増加しているが、同じ符号長の符号語の数は４倍に拡大されている。一般に、ｎビットの等長符号を付加した場合、符号長は全体的にｎビット増加するが、同じ符号長の符号語の数を２^ｎ 倍にすることができる。等長符号は、明らかにリバーシブル符号なので、等長符号をリバーシブル符号の先頭や末尾に付加しても、やはりリバーシブル符号である。
【００４０】
図１４は、英語のアルファベットである情報シンボルに対して本発明により可変長符号化を行って得られたリバーシブル符号を公知例（特開平５−３０００２７号公報）に開示されているリバーシブル符号と比較して示したものである。図１４中に示される本発明に基づくリバーシブル符号は、図５で示した方法において符号語の重みを０とした時の符号を末尾に２ビットの等長符号を付加することによって拡張化した符号である。
【００４１】
この本発明に基づくリバーシブル符号は、順方向のみ復号可能な可変長符号の最適符号であるハフマン符号には劣るものの、公知例に開示されたリバーシブル符号と比較して平均符号長が短く、優れた性能を持っていることが分かる。これは、公知例のリバーシブル符号は順方向にのみ復号可能な可変長符号であるハフマン符号の末尾にビットを付加したものであるのに対して、本発明では余分なビットを付加することなく、初めからリバーシブル符号を構成するので、無駄なビットパターンが少ないことによる。
【００４２】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
図１５は、本発明の他の実施形態に係る可変長符号化／復号化装置の構成を示すブロック図である。本実施形態の可変長符号化／復号化装置は、大きく分けて符号語テーブル作成部２０１、符号化部２１３、伝送系または蓄積系２０５および復号化部２１４からなる。
【００４３】
これら各部の機能について簡単に説明すると、符号語テーブル作成部２０１は情報シンボルの生起確率に基づき符号語テーブルを作成して、符号化部２１３内の符号語テーブル２０２に送り、さらに作成した符号語テーブルの符号語のパラメータを復号化部２１４内の復号グラフ・復号値テーブル作成部２０８に送る。符号化部２１３は、情報シンボルを可変長符号に符号化し、その可変長符号を符号化データとして伝送系また蓄積系２０５へ出力する。復号化部２１４は、伝送系または蓄積系２０５を介して入力されてきた符号化データを復号して元の情報シンボルを再生する。
【００４４】
次に、本実施形態の各部の詳細な構成と動作を説明する。
符号化部２１３において、入力された情報シンボルは符号化器２０３に入力される。符号語テーブル２０２は、符号語テーブル作成部２０１によって予め作成された情報シンボルと可変長符号の符号語とを対応させて格納している。但し、符号語テーブル２０２には入力され得る情報シンボルの全てに対応する符号語が格納されているわけではなく、比較的出現頻度の高い一部の情報シンボルに対応した符号語のみが格納されているものとする。符号化器２０３は符号語テーブル２０２に格納されている符号語の中から、入力された情報シンボルに対応した符号語を選択して符号化データとして出力する。
【００４５】
一方、符号化部２１３に符号語テーブル２０２に対応する符号語が存在しない情報シンボル、つまり出現頻度の比較的低い情報シンボルが入力されたときは、その情報シンボルに対応した固定長符号を固定長符号符号化部２０４で作成し、さらに符号語テーブル２０２中のエスケープ符号を固定長符号の先頭と末尾に付加して符号語とし、これを符号化データとして出力する。
【００４６】
こうして符号化部２１３内の符号化器２０３から出力された符号化データは、伝送系または蓄積系２０５を通して復号化部２１４に送られる。この際、符号化データには一定周期毎に同期コードが挿入される。
【００４７】
復号化部２１４は、同期コード検出部２０６、バッファ２０７、復号グラフ・復号値テーブル作成部２０８、順方向復号化器２０９、固定長復号化部２１０、逆方向復号化器２１１および復号値判定部２１２からなり、まず伝送系または蓄積系２０５より入力された符号化データから同期コード検出部２０６で同期コードを検出し、同期コードと同期コードの間の符号化データをバッファ２０７に蓄積する。順方向復号化器２０９では、バッファ２０７に蓄積された符号化データの先頭から復号を開始し、逆方向復号化器２１１では、バッファ２０７に蓄積された符号化データの末尾から復号を開始する。復号値判定部２１２では、順方向復号化器２０９によって得られた復号結果（順方向復号値という）と、逆方向復号化器２１１によって得られた復号結果（逆方向復号値という）から復号値を判定し、最終的な復号結果を出力する。
【００４８】
図１６は、図１５中の符号語テーブル作成部２０１において、固定長符号の先頭と末尾にエスケープ符号を付加して符号語を構成する方法を示した図である。図１６（ａ）に示すように、符号語テーブル作成部２０１が作成する符号語は、情報シンボルが“Ａ”以外のときは、“１”の数が３つ出現することで符号の区切りがわかるリバーシブル符号を基本としている。このリバーシブル符号を符号（１）と呼ぶこととする。
【００４９】
一方、図１６（ｂ）に示す符号（２）は、符号（１）の情報シンボル“Ｃ”に対応する符号語“１０１１”を固定長符号の先頭と末尾を示すためのエスケープ符号として、３ビットの固定長符号の先頭と末尾に付加することにより構成された符号語を符号（１）に新たに加えたものとなっている。但し、符号（２）のうち符号（１）に相当するリバーシブル符号の部分は、符号（２）でエスケープ符号として用いた符号語“１０１１”は使用せず、符号（１）により１個少ない情報シンボルＡ〜Ｉに対応した符号語のみを用いている。図１６（ａ）（ｂ）を比較して明らかなように、符号（２）は符号化できる情報シンボルの数が符号（１）の「１０」から「１７」に増えている。
【００５０】
このような符号（２）を復号するためには、図１６（ａ）（ｂ）から分かるように順方向から復号する場合も逆方向から復号する場合も、必ず符号（１）を一度復号することになり、また固定長符号は順方向からも逆方向からも復号可能であるため、符号（１）が順方向からも逆方向からも復号可能ならば、符号（２）も順方向からも逆方向からも復号可能となる。
【００５１】
従来のリバーシブル符号の場合は、入力され得る情報シンボルに対応する符号語を全て符号語テーブルとして符号化部２１３および復号化部２１４において用意しておく必要があった。これに対し、符号（２）によると、固定長符号の部分については、３ビットの２進符号として別途に固定長符号符号化部２０４および固定長符号復号化部２１０として用意できるので、符号語テーブル２０２には符号（１）の符号語だけを格納しておけばよい。したがって、従来のリバーシブル符号と比較して、可変長符号化／復号化装置の記憶量を大幅に削減することが可能となる。
【００５２】
復号グラフ・復号値テーブル作成部２０８は、Ｓｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムを基にした復号グラフと、復号値テーブルを作成し、順方向復号化器２０９および逆方向復号化器２１１は、これらの復号グラフおよび復号値テーブルに基づいて復号化を行う。
【００５３】
図１７は、重み一定の２進符号系列の数え上げの方法を示している。重み一定の２進符号系列の数え上げを行うアルゴリズムとしては、Ｊ．Ｐ．Ｍ．Ｓｈａｌｋｗｉｊｋ：“Ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｓｏｕｒｃｅ ｃｏｄｉｎｇ”，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆｒｏｍ Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．ＩＴ−１８，ｎｏ．３，ｐｐ．３９５−３９９，Ｍａｙ １９７２．がＳｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムとしてよく知られている。Ｓｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムでは、図１７（ａ）に示すように「パスカルの三角形」を基本とした、ＳＴＡＲＴ地点からＥＮＤ地点に至る格子状の有向グラフを形成する。各節点に数字で示された値は、ＳＴＡＲＴ地点の節点の値を１として、各節点に入ってくる２つの矢の起点にある節点の値の合計値となっている。すなわち、各節点の値はパスカルの三角形によって決定される。
【００５４】
そして、図１７（ａ）の有向グラフについて、入力される情報シンボルに従ってＳＴＡＲＴ地点からＥＮＤ地点までの経路をたどる際に、左側の経路（矢）を選択したときには符号語の“０”、右側の経路（矢）を選択したときには符号語の“１”をそれぞれ対応させることにより、重み２の２進符号系列を生成することができる。ここで、“０”を選択したときに矢の終点にある節点の値から矢の起点にある節点の値を引いた値を合計した値が、その２進符号系列の同一符号長の符号語についての順序値となる。例えば入力される情報シンボルが“０１００１”であれば、３つある“０”に対して節点の値の差分の合計である（１−１）＋（３−２）＋（４−３）＝２が順序値となる。ここで、順次値とは同一符号長の異なる符号語を順序付けるための値である。図１７（ｂ）は、この場合の情報シンボルと順序値との関係を示している。
【００５５】
このＳｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムを符号化に適用した例は公知であり、その場合は上記の順序値に相当する値を２進符号に変換することによって符号化を行う。これに対し、本実施形態ではこのアルゴリズムを以下に説明するように復号化に用いる。
【００５６】
すなわち、復号グラフ・復号値テーブル作成部２０８では、上述したＳｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムを基にして有向グラフを復号グラフとして作成する。すなわち、この復号グラフはパスカルの三角形によって決まる値を節点の値とし、符号語の“１”および“０”を矢とした有向グラフであり、その一例を図１８（ａ）に示す。図１８（ｂ）は、この復号グラフを用いた順方向復号化器２０８および逆方向復号化器２１１における復号値の計算方法の一例を示している。
【００５７】
図１６（ａ）に示した符号（１）は、先頭が“０”以外のときは“１”が３つ出現した地点で区切りが分かるリバーシブル符号である。この符号（１）のリバーシブル符号の復号値を計算する際には、順方向についてはリバーシブル符号の先頭が“０”ならば復号値を０とし、それ以外のときは先頭と末端の“１”を削除した後、Ｓｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムによって順序値を計算する。今、復号しようとしている符号語より符号長の短い符号語の数は、図１８（ａ）におけるＥＮＤ地点の右斜めの節点の値の合計＋１となるので、その値を順序値に足したものが復号値となる。
【００５８】
一方、逆方向については上述の順方向の場合と同様に、まずリバーシブル符号の先頭が“０”ならば復号値を０とし、それ以外のときは先頭と末端の“１”を削除し、さらに残りの部分を反転させた後、Ｓｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムで順序値を計算する。そして、この順序値にＥＮＤ地点の右斜め上にある節点の合計＋１を足したものを復号値とする。
【００５９】
図１８（ａ）（ｂ）を参照して具体的に説明すると、例えばリバーシブル符号の復号対象の符号語が“１０１０１”ならば、まず先頭と末端の“１”を削除して“０１０”とする。この“０１０”に対してＳｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムで順序値を求めると、２つある“０”に対して、（１−１）＋（３−２）＝１となる。この場合のＥＮＤ地点の斜め右上にある節点の値の合計は１＋２＝３なので、この値＋１（＝４）を順序値（＝１）に加えて、復号値が５として求まることになる。
【００６０】
このような復号グラフを用いて復号化を行うと、記憶量を大きく低減することができる。図１９（ａ）（ｂ）は、従来の復号木を用いる復号化方法と、本実施形態による復号グラフを用いる復号化方法で必要な記憶量の違いを示した図である。両者を節点の数で比較すると、各節点から出る矢の数は共に２つで同じであるが、各節点に入ってくる矢は図１９（ａ）の復号木の場合、必ず１つである。これに対して、図１９（ｂ）の復号グラフの場合は、各節点に２つの矢が入ってくるので、その分だけ同じ符号語で必要とする節点の総数が少なくなる。この例では、図１９（ａ）の復号木が１５個の節点を必要としているのに対し、図１９（ｂ）の復号グラフでは８個の節点で済む。従って、復号グラフを用いる本実施形態の復号化方法は、従来の復号木を用いる方法よりも必要な記憶量が少なくなるという利点がある。
【００６１】
また、本実施形態では図１６（ｂ）に示したエスケープ符号を付加した符号 （２）を復号するために、図２０（ａ）に示す符号（１）の復号値テーブルと、図２０（ｂ）に示す固定長符号の復号値テーブルの２つを用意し、符号（１）の復号値テーブルでエスケープ符号が復号されたときは、固定長符号の復号値テーブルを読みに行く。例えば、符号語が“１０１１００１１０１１”の場合、先頭の“１０１１”、すなわちエスケープ符号が復号されたら、次の３ビット“００１”は固定長符号であると見なして固定長符号復号化部２１０で復号を行う。この場合、“００１”の復号値として１が得られるので、図２０（ａ）の固定長符号の復号値テーブルから、復号結果は情報シンボル“Ｋ”となる。
【００６２】
次に、本発明を動画像符号化／復号化器に適用した一実施形態について説明する。図２１は、上述した可変長符号化／復号化装置が組み込まれた動画像符号化／復号化器の概略的構成を示すブロック図である。
【００６３】
図２１（ａ）に示す動画像符号化器７０９において、情報源符号化器７０２で符号化されたデータは、動画像多重化部７０３で可変長符号化、通信路符号化および多重化等が行われ、さらに伝送バッファ７０４で伝送速度の平滑化がなされた後に、符号化データとして伝送系または蓄積系７０５に送り出される。符号化制御部７０１は、伝送バッファ７０４のバッファ量を考慮して、情報源符号化器７０２および動画像多重化部７０３の制御を行う。
【００６４】
一方、図２１（ｂ）に示す動画像復号化器７１０においては、伝送系または蓄積系７０５からの符号化データが受信バッファ７０６に一旦溜められ、動画像多重化分離部７０７で符号化データの多重化分離、通信路符号復号化および可変長符号復号化が行われた後、情報源復号化器７０８に送られ、最終的に動画像が復号化される。
【００６５】
図２２は、図２１における動画像符号化器７０９および動画像多重化分離部７０７での動画像符号化方式のシンタックスを示している。図２２（ａ）に示すピクチャ階層のうち、上位階層にはマクロブロックのモード情報や動きベクトル情報やＩＮＴＲＡ ＤＣなどのＤＣＴ係数以外の情報を配し、下位階層にはＤＣＴ係数情報を配しており、下位階層部分に本発明によるリバーシブル符号を適用している。
【００６６】
図２３（ａ）（ｂ）は、図２１における動画像多重化部７０３および動画像多重化分離部７０７のより詳しい構成を示すブロック図である。図２３（ａ）に示す動画像多重化部７０３においては、図２１の情報源符号化器７０２からの符号化データのうち、マクロブロックのモード情報や動きベクトル情報やＩＮＴＲＡＤＣなどの、ＤＣＴ係数以外の情報は上位階層として、上位階層可変長符号化器９０１で通常の可変長符号化が行われた後、さらに上位階層通信路符号化器９０２で冗長度は大きいが訂正能力の高い誤り訂正検出符号により通信路符号化され、多重化部９０５に送られる。
【００６７】
一方、情報源符号化器７０２からの符号化データのうち、ＤＣＴ係数は下位階層可変長符号化器９０３でリバーシブル符号に符号化され、さらに下位階層通信路符号化器９０４で冗長度の少ない誤り訂正検出符号により通信路符号化された後、多重化部９０５に送られる。多重化部９０５では、上位階層の符号化データと下位階層の符号化データを多重化し、伝送バッファ７０４に送る。
【００６８】
図２３（ｂ）に示す動画像多重化分離部７０７においては、まず受信バッファ７０６からの符号化データが多重化分離部９０６で上位階層と下位階層に分離される。上位階層の符号化データは上位階層通信路復号化器９０７で復号され、その復号結果は上位階層可変長復号化器９０９に送られる。下位階層の符号化データは下位階層通信路復号化器９０８で復号され、その復号結果は下位階層可変長復号化器９１０に送られる。
【００６９】
下位階層可変長復号化器９１０はリバーシブル符号の復号を行い、復号結果を情報源復号化器７０８および上位階層可変長復号化器９０９に送る。上位階層可変長復号化器９０９は、上位階層の符号化データである可変長符号の復号を行うと共に、下位階層可変長復号化器９１０の復号結果を基に符号化結果の書き換えを行う。
【００７０】
ここで、図２３（ａ）中の下位階層可変長符号化器９０３は図１５中の符号化部２１３に、図２３（ｂ）中の下位階層可変長復号化器９１０は図１５中の復号化部２１４にそれぞれ対応している。
【００７１】
本実施形態の動画像符号化／復号化器に見られるように、符号化方式に図２２に示したようなシンタックスがある場合には、可変長符号そのものを両方向から復号できるのみでなく、シンタックス的にも両方向から復号できるようにする必要がある。本実施形態では、以下に説明する符号語テーブルを用いることによって、この要求を実現している。
【００７２】
図２４〜図２８は、下位階層可変長符号化器９０３で用いるＤＣＴ係数の可変長符号の符号語テーブルの一例を示している。また、図２９はエスケープ符号の符号語テーブルを示している。
【００７３】
情報源符号化器７０２では、量子化後の８×８のＤＣＴ係数のブロックについてはブロック内のスキャンを行って、ＬＡＳＴ（０：ブロックの最後でない非零係数、１：ブロックの最後の非零係数）、ＲＵＮ（非零係数までの零ランの数）およびＬＥＶＥＬ（係数の絶対値）を求め、動画像符号化器７０９に送る。
【００７４】
動画像符号化器７０９内の下位階層可変長符号化器９０３は、図２４〜図２５に示すＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数、ＲＵＮ、ＬＥＶＥＬにリバーシブル符号（ＶＬＣ＿ＣＯＤＥ）を対応させた非ＬＡＳＴ係数の符号語テーブル（第１の符号語テーブル）と、図２６〜図２７に示すＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲのＬＡＳＴ係数、ＲＵＮ、ＬＥＶＥＬにリバーシブル符号（ＶＬＣ＿ＣＯＤＥ）を対応させたＬＡＳＴ係数の符号語テーブル（第２の符号語テーブル）を持っている。そして、モード情報に基づいてＩＮＴＲＡのときはＩＮＴＲＡの非ＬＡＳＴ係数とＬＡＳＴ係数の符号語テーブル、ＩＮＴＥＲのときはＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数とＬＡＳＴ係数の符号語テーブルをそれぞれ選択して符号化を行う。なお、図２６〜図２７においてＶＬＣ＿ＣＯＤＥの最終ビットの“Ｓ”はＬＥＶＥＬの符号を表し、“Ｓ”が“０”のときＬＥＶＥＬの符号は正、“１”のとき負である。
【００７５】
また、この符号語テーブルに存在しない係数は、図２９に示すようにＲＵＮとＬＥＶＥＬの絶対値を固定長符号に符号化し、この固定長符号の先頭と末端にエスケープ符号を付加し、エスケープ符号の最終ビットでＬＡＳＴ係数とＬＥＶＥＬの正負を区別できるように符号化する。図２８は、このエスケープ符号の符号語テーブルであり、エスケープ符号として用いられているＶＬＣ＿ＣＯＤＥの最終ビットの“ｔ”は、固定長符号の先頭に付加されたときはＬＡＳＴ係数か否かを表し、これが“０”のときは非ＬＡＳＴ係数、“１”のときはＬＡＳＴ係数である。また、“ｔ”は固定長符号の末尾に付加されたときはＬＥＶＥＬの符号を表し、これが“０”のときＬＥＶＥＬの符号は正、“１”のときは負である。
【００７６】
図３０は、本実施形態における符号化データの例を示している。同図に示されるように、下位階層において順方向から復号を行うときは、８×８画素のＤＣＴ係数のブロックの末尾に必ずＬＡＳＴ係数の符号が存在するため、ブロックの末尾を判定することができる。一方、逆方向から復号を行うときは、１つアドレスが前のブロックのＬＡＳＴ係数の符号が出現することにより、ブロックの先頭を判定できる。この符号は、ＬＡＳＴ係数がＩＮＴＲＡモードとＩＮＴＥＲモードで共通化されているため、マククロブロック毎にモードが存在していてもブロックの先頭を判定することができる。
【００７７】
下位階層の最初のブロックについては、予め下位階層可変長符号化器９０３で下位階層の先頭にダミーのＬＡＳＴ係数を符号化しておくか、あるいは、下位階層可変長復号化器９１０で、次のフレームの同期符号までのビット数から予め下位階層のビット数を計算しておき、これを復号したビット数と比較するか、あるいは、下位階層可変長復号化器９１０内のバッファで下位階層の先頭にダミーのＬＡＳＴ係数を挿入する方法をとることにより、逆方向に復号したときに下位階層の先頭を判定することができる。
【００７８】
図２４〜図２７に示した符号語テーブルに格納されたリバーシブル符号は、順方向の場合、先頭の１ビットが“０”ならば、“０”が２つ出現するまで読み、“１”ならば、“１”が２つ出現するまで読み、その次の１ビットがＬＥＶＥＬの正負を表す最終ビットとなることが分かる。逆方向の場合は、最初の１ビットがＬＥＶＥＬの正負を表しており、次の１ビットが“０”ならば、“０”が２つ出現するまで読み、“１”ならば、“１”が２つ出現するまで読めばよい。
【００７９】
図３１は、本実施形態における下位階層可変長符号化器９０３で用いるＤＣＴ係数の可変長符号に適用したリバーシブル符号を復号するための復号グラフを示している。順方向からみて符号語の先頭ビットと末尾の２ビットを除いた符号化データについて、この復号グラフによって復号値を計算することができる。
【００８０】
この復号グラフは、先頭のビットが“０”ならば、“０”が現れれば右の矢を進み、“１”が現れれば左の矢を進むこととする。先頭のビットが“１”ならば、“１”が現れれば右の矢を進み、“０”が現れれば左の矢を進むこととする。
【００８１】
同一の符号長の２進符号系列についての順序値を求めるには、先に説明したＳｈａｌｋｗｉｊｋのアルゴリズムに従って、左側の矢を選択したときに矢の終点の節点の値から起点の節点の値を引いた値の合計値をその符号長での順序値とすればよい。
【００８２】
一方、復号値を求めるには、先頭のビットが“０”ならば、終端の節点の右斜め上の節点の値の合計値の２倍を順序値に足した値を復号値とすればよい。先頭ビットが“１”ならば、終端の節点の右斜め上の節点の値の合計値の２倍＋終端の節点の値に順序値を足した値を復号値とればよい。
【００８３】
例えば、復号対象の符号列が“０１１０１０１”ならば、まず順方向からみて先頭の１ビットと末尾の２ビットを除いて、“１１０１”とする。先頭ビットが“０”なので、復号グラフで“０”が現れれば右の矢を進み、“１”が現れれば左の印を進むことになる。この場合、左の矢を進んだときの節点の差分は（１−１）＋（１−１）＋（４−３）＝１なので、順序値は１である。最上位ビットが“０”なので、終端の節点の右斜め上にある節点の合計の２倍（１＋２＋３）×２＝１２に順序１を加えると１３となり、この符号語の復号値は１３として求められることになる。
【００８４】
図３２〜図３４は、下位階層可変長復号化器９１０で用いる復号値テーブルの一例であり、図３２〜図３３はＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数、ＲＵＮ、ＬＥＶＥＬに復号値を対応させた非ＬＡＳＴ係数の復号値テーブルであり、図３４（ａ）（ｂ）はＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲのＬＡＳＴ係数、ＲＵＮ、ＬＥＶＥＬに復号値を対応させたＬＡＳＴ係数の復号値テーブルである。また、図３５はエスケープ符号の復号値テーブルである。
【００８５】
この例では、例えば復号値１３は図３４（ａ）で分かるように、ＬＡＳＴ係数で、ＲＵＮ数は３、ＬＥＶＥＬの絶対値が１であることが分かり、また最下位ビットが“１”であることから、ＬＥＶＥＬは負であることが分かる。さらに、図３５で分かるように、復号値４１が復号された場合は、エスケープ符号が復号されたと判定する。このエスケープ符号の最後のビットでＬＡＳＴ係数か非ＬＡＳＴ係数かの判定を行い、その後の１３ビットについて固定長符号復号化部２１０でＲＵＮとＬＥＶＥＬの絶対値を復号した後、再びエスケープ符号を復号し、最後のビットでＬＥＶＥＬの正負を決定する。
【００８６】
一例として、符号化対象の符号列が“１１０００００１００００１１１０００１０１１１１００００１０”の場合を考える。この場合、先頭のエスケープ符号“１１００００１０”の最終ビットが“０”なので、非ＬＡＳＴ係数であり、その後の１３ビットの固定長符号を計算する。この１３ビットのうち上位６ビットがＲＵＮを表すので、“０００１１１”でＲＵＮは７、下位７ビットがＬＥＶＥＬの絶対値を表すので、“０００１０１１”でＬＥＶＥＬの絶対値は１２、末尾のエスケープ符号“１１００００１０”の最終ビットが“０”なのでＬＥＶＥＬは正、というように復号を行うことができる。
【００８７】
復号値判定部２１２では、このようにして順方向復号化器２０９によって得られた復号結果（順方向復号結果という）と、逆方向復号化器２１１によって得られた復号結果（逆方向復号値という）から復号値を判定し、最終的な復号結果を出力する。すなわち、復号値判定部２１２では符号化データに誤りがあると、下位階層通信路復号化器９０８の復号結果、あるいは、符号語として存在しなかったビットパターンが生じることから、誤りの存在が分かるので、これらの順方向復号結果と逆方向復号結果から、図３６に示すようにして復号値を判定する。なお、図３６は下位階層の復号値判定方法を示している。
【００８８】
まず、図３６（ａ）に示すように順方向復号結果と逆方向復号結果で誤りが検出されるマクロブロックの位置（誤り検出位置）が交差しない場合は、誤りが検出されなかったマクロブロックの復号結果のみを復号値として使用し、二つの誤り検出位置の復号結果は復号値として使用しない。そして、上位階層のモード情報の復号結果に基づいて、ＩＮＴＲＡマクロブロックについては前フレームをそのまま表示するように、ＩＮＴＥＲマクロブロックについては前フレームより動き補償のみで表示するように、上位階層の復号結果を書き換える。
【００８９】
また、図３６（ｂ）に示すように順方向復号結果と逆方向復号結果で誤りが検出位置が交差する場合は、両方で誤りが検出されなかった復号結果を復号結果値として使用する。また、この場合には二つの誤り検出位置の符号語の間の復号結果は復号値として使用せず、上位階層のモード情報の復号結果に基づいて、ＩＮＴＲＡマクロブロックについては前フレームをそのまま表示するように、ＩＮＴＥＲマクロブロックについては前フレームより動き補償のみで表示するように、上位階層の復号結果を書き換える。
【００９０】
また、図３６（ｃ）に示すように順方向復号結果および逆方向復号結果のうち、片方向の復号結果にしか誤りが検出されない場合（この例では、順方向復号結果のみ誤りが検出されている）は、誤り検出位置のマクロブロックは復号値として使用せず、上位階層のモード情報の復号結果に基づいて、ＩＮＴＲＡマクロブロックについては前フレームをそのまま表示するように、ＩＮＴＥＲマクロブロックについては前フレームより動き補償のみで表示するように、上位階層の復号結果を書き換える。それ以後のマクロブロックに対する復号値は、逆方向の復号結果を使用する。
【００９１】
さらに、図３６（ｄ）に示すように同一のマクロブロックで順方向復号結果および逆方向復号結果の両方に誤りが検出される場合は、誤り検出位置のマクロブロックの復号値は放棄して復号値として使用せず、上位階層のモード情報の復号結果に基づいて、ＩＮＴＲＡマクロブロックについては前フレームをそのまま表示するように、ＩＮＴＥＲマクロブロックについては前フレームより動き補償のみで表示するように、上位階層の復号結果を書き換え、それ以後のマクロブロックに対する復号値は逆方向の復号結果を使用する。
【００９２】
マクロブロックの符号化／復号化の順序については、上記実施形態以外の方法でもよく、例えば誤りがあったときに、復号画像のうちより重要な画面中央部が救済されるように、図３７に示すような順序とする方法でもよい。すなわち、両方向から復号することを前提とすると、同期符号と同期符号の間の符号化データのうち、最初の方の部分と最後の方の部分が正しく復号される確率が高いので、これの部分が中央部にくるように順序を決めるのである。
【００９３】
なお、上記実施形態ではＤＣＴ係数の可変長符号化に本発明を適用したが、他の情報シンボルについても同様の可変長符号化を適用できることは、言うまでもない。
また、上記実施形態では２元符号のみの議論を示したが、多元符号にも拡張することが容易であり、同様な効果を得ることができる。
【００９４】
最後に、本発明の応用例として、本発明による可変長符号化／復号化装置を適用した画像送受信装置の実施形態を図３８を用いて説明する。パーソナルコンピュータ（ＰＣ）１００１に備えら付けられたカメラ１００２より入力された画像信号は、ＰＣ１００１に組み込まれた可変長符号化装置によって符号化される。この場合の情報シンボルは、これに限るものではないが、例えば入力画像信号または入力画像信号と予測画像信号との差である予測誤差信号をＤＣＴ回路によって離散コサイン変換し、さらに量子化回路により量子化して得られたＤＣＴ係数データなどである。可変長符号化装置から出力される符号化データは、他の音声やデータの情報と多重化された後、無線機１００３により無線で送信され、他の無線機１００４によって受信される。無線機１００４で受信された信号は、画像信号の符号化データおよび音声やデータの情報に分解される。これらのうち、画像信号の符号化データはワークステーション（ＥＷＳ）１００５に組み込まれた可変長符号復号化装置によって復号され、ＥＷＳ１００５のディスプレイに表示される。
【００９５】
一方、ＥＷＳ１００５に備え付けられたカメラ１００６より入力された画像信号は、ＥＷＳ１００６に組み込まれた可変長符号化装置を用いて上記と同様に符号化される。符号化データは、他の音声やデータの情報と多重化され、無線機１００４により無線で送信され、無線機１００３によって受信される。無線機１００３によって受信された信号は、画像信号の符号化データおよび音声やデータの情報に分解される。これらのうち、画像信号の符号化データはＰＣ１００１に組み込まれた可変長符号復号化装置によって復号され、ＰＣ１００１のディスプレイに表示される。
【００９６】
本発明の可変長符号化／復号化装置は、情報シンボルの出現頻度に応じた符号長を有し、従来と比較して無駄なビットパターンが少なくて効率がよく、しかも順方向にも逆方向にも復号が可能なリバーシブルの可変長符号を構成することができるので、図３８に示した無線伝送路のような誤りが多い伝送路を用いた送受信装置において特に有効である。
【００９７】
以上実施形態で説明したように、本発明の可変長符号化／復号化装置は、従来と比較して、少ない記憶量で復号することができ、従来適用することのできなかったような情報シンボル数が大きな符号化に対しても適用することができる。
【００９８】
具体的には、動画像符号化／復号化装置にも適用することが可能であり、誤りに強い動画像符号化／復号化装置を提供することができる。
【００９９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば順方向にも逆方向にも復号可能で、しかも符号化効率や装置に必要な記憶量などの点で実用性に富んだ可変長復号化方法及び装置を提供することができる。
【０１００】
すなわち、順方向にも逆方向にも復号可能で、符号語の“１”または“０”の数によって符号の区切りが分かるように構成された複数の符号語を情報シンボルに対応させて格納した符号語テーブルを構成し、この符号語テーブルを用いて無駄なビットパターンが少なく符号化効率のよい可変長符号を復号できる。
【０１０１】
また、符号語の“１”または“０”の数によって符号長を定めることができ、順方向からも逆方向からも復号可能な符号語によって構成される可変長符号語を対象として、パスカルの三角形によって決まる値を節点の値とし、各節点から次の節点に至る矢を符号語の“１”および“０”に対応させた有向グラフ（復号グラフ）によって復号値を計算することによって、情報シンボル数が大きな場合にも少ない記憶量で可変長符号の復号を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る可変長符号化／復号化装置の構成を示すブロック図
【図２】図１における復号値判定部の動作を説明するための図
【図３】図１における符号語テーブル作成部のブロック図
【図４】本発明に係る可変長符号の基となる重み一定の２進符号系列の作成方法を示す図
【図５】図３における符号語構成部での第１の符号語構成方法を示す図
【図６】第１の符号構成方法で構成した符号語から作成した順方向および逆方向の復号木を示す図
【図７】図３における符号語構成部での第２の符号語構成方法を示す図
【図８】第２の符号構成方法で構成した符号語から作成した順方向および逆方向の復号木を示す図
【図９】図３における符号語構成部での第３の符号構成方法を示す図
【図１０】第３の符号構成方法で構成した符号語から作成した順方向および逆方向の復号木を示す図
【図１１】図３における符号語構成部での符号短縮化方法を示す図
【図１２】符号短縮化方法で短縮化した符号語から作成した順方向および逆方向の復号木を示す図
【図１３】図３における符号語構成部での符号拡大化方法を示す図
【図１４】本実施形態で構成された可変長符号と公知例の可変長符号の特性を比較して示す図
【図１５】本発明の他の実施形態に係る可変長符号化／復号化装置の構成を示すブロック図
【図１６】図１５における符号語構成部での符号構成方法を示す図
【図１７】重み一定の２進系列を数え上げる方法を示す図
【図１８】図１５における順方向復号化器および逆方向復号化器の動作を示す図
【図１９】従来の復号木と本実施形態における復号グラフを比較して示す図
【図２０】本実施形態における復号値テーブルを説明するための図
【図２１】本発明による可変長符号化／復号化装置が組み込まれた動画像符号化／復号化器の概略構成を示すブロック図
【図２２】同実施形態に係る動画像符号化／復号化器における符号化データのシンタックスを示す図
【図２３】図２１における動画像多重化部および動画像多重化分離部の構成を示すブロック図
【図２４】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数の符号語テーブルの一部を示す図
【図２５】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数の符号語テーブルの他の一部を示す図
【図２６】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲのＬＡＳＴ係数の符号語テーブルの一部を示す図
【図２７】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲのＬＡＳＴ係数の符号語テーブルの他の一部を示す図
【図２８】同実施形態におけるエスケープ符号の符号語テーブルを示す図
【図２９】同実施形態における符号語テーブルにない符号語の符号化方法を示す図
【図３０】同実施形態における符号化データの例を示す図
【図３１】同実施形態における復号グラフを示す図
【図３２】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数の復号値テーブルの一部を示す図
【図３３】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲの非ＬＡＳＴ係数の復号値テーブルの他の一部を示す図
【図３４】同実施形態におけるＩＮＴＲＡおよびＩＮＴＥＲのＬＡＳＴ係数の復号値テーブルを示す図
【図３５】同実施形態におけるエスケープ符号の復号値テーブルを示す図
【図３６】図１５における復号値判定部の動作を説明するための図
【図３７】同実施形態におけるマクロブロックの符号化／復号化順序を示す図
【図３８】本発明による可変長符号化／復号化装置が組み込まれる装置の一例を示す図
【図３９】リバーシブル符号の一般的な復号方法を示す図
【図４０】通常の可変長符号の説明図
【図４１】従来のリバーシブル符号の説明図
【符号の説明】
１０１…符号語テーブル作成部
１０２…符号語テーブル
１０３…符号化器
１０４…伝送系または蓄積系
１０５…同期コード検出部
１０６…バッファ
１０７…順方向復号化器
１０８…逆方向復号化器
１０９…復号値判定部
１１０…順方向復号語テーブル
１１１…順方向復号木作成部
１１２…逆方向符号語テーブル
１１３…逆方向復号木作成部
１１４…符号化部
１１５…復号化部
２１…符号選択部
２２…符号語構成部
２０１…符号語テーブル作成部
２０２…符号語テーブル
２０３…符号化器
２０４…固定長符号符号化部
２０５…伝送系または蓄積系
２０６…同期コード検出部
２０７…バッファ
２０８…復号グラフ・復号値テーブル作成部
２０９…順方向復号化器
２２０…固定長符号復号化部
２１１…逆方向復号化器
２１２…復号値判定部
２１３…符号化部
２１４…復号化部
７０１…符号化制御部
７０２…情報源符号化器
７０３…動画像多重化部
７０４…伝送バッファ
７０５…伝送系または蓄積系
７０６…受信バッファ
７０７…動画像多重化分離部
７０８…情報源復号化器
７０９…動画像符号化器
７１０…動画像復号化器
９０１…下位階層可変長復号化器
９０２…上位階層通信路符号化器
９０３…下位階層可変長符号化器
９０４…下位階層通信路符号化器
９０５…多重化部
９０６…多重化分離部
９０７…上位階層通信路復号化器
９０８…下位階層通信路復号化器
９０９…上位階層可変長復号化器
９１０…下位階層可変長復号化器
１００１…パーソナルコンピュータ
１００２…ワークステーション
１００３…無線機
１００４…無線機
１００５…カメラ
１００６…カメラ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable length decoding method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
The variable-length code has a short code length on average by assigning a frequently occurring symbol to a short code length code and a rarely occurring symbol to a long code length code based on the frequency of occurrence of the symbol. The coding system is as described above. Therefore, when the variable length code is used, the data amount can be significantly reduced as compared with the data before encoding. As a method of configuring such a variable length code, Huffman's algorithm that is optimal for a memoryless information source is known.
[0003]
As a general problem of the variable length code, when an error is mixed in the coded data due to a transmission line error or other reasons, the effect of the data after the error is mixed is propagated correctly by the decoding device. The point is that decoding cannot be performed. Therefore, when there is a possibility that an error may occur in the transmission path, a method is generally adopted in which a synchronization code is periodically inserted at certain intervals to prevent the propagation of the error. A bit pattern that does not appear in a combination of variable length codes is assigned to the synchronization code. According to this method, even if an error occurs in the encoded data and decoding becomes impossible, by finding the next synchronization code, error propagation can be prevented and decoding can be performed correctly. However, even when the synchronous code is used, as shown in FIG. 39 (a), the encoded data from the point where an error occurs and cannot be decoded correctly to the point where the next synchronous code is found can be decoded. Can not do.
[0004]
Therefore, the variable length code is changed from the normal configuration shown in FIG. 40 to that shown in FIG. 41, so that not only the characteristic that can be decoded from the normal forward direction but also the reverse direction as shown in FIG. There is known a method of forming a code that can be decoded. In addition, since such a code can read encoded data in the reverse direction, it can be used for reverse reproduction on a storage medium such as a disk memory for storing encoded data. Such a variable length code that can be decoded not only in the forward direction but also in the reverse direction is referred to as a reversible code here. An example of the reversible code is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-300027 "Reversible Variable Length Coding". In the reversible code of this known example, as shown in FIG. 41, each code word has a longer code length at the end of the code word of the Huffman code which is a variable length code decodable from the forward direction as shown in FIG. This is a variable length code that can be decoded even in the reverse direction by adding bits under conditions that do not match the end of another codeword.
[0005]
However, this reversible code adds bits to the end of a codeword of a variable-length code that can be decoded only in the forward direction, so that useless bits increase and the average code length increases. As a result, the coding efficiency is greatly reduced as compared with a variable length code that can be decoded only in the forward direction.
[0006]
Another problem of the conventional reversible code is that when the number of information symbols is large, the amount of storage required by the variable-length encoding / decoding device increases, which is not suitable for practical use. was there. An example of a case where the number of information symbols is large is DCT coefficient encoding which is often used in image encoding of a moving image or a still image. Normally, in image coding, DCT (discrete cosine transform) of 8 × 8 is performed, and 8-bit linear quantization is performed on orthogonal transform coefficients obtained as DCT coefficients. Further, zigzag scanning is performed on the quantized DCT transform coefficients from a low frequency band, and variable length coding is performed using a set of zero-run and non-zero coefficients.
[0007]
For example, ITU-T DRAFT Recommendation H. In H.263 (1995), the quantization index value is -127 to +127 (the index value 0 is a run, so the number of indexes is 253), the number of zero runs is up to 63, and the last DCT coefficient of the block is a non-zero coefficient. Since the coding for discriminating whether or not is adopted, the number of information symbols is a very large number of 253 × 64 × 2 = 32384. Then, H. In H.263, the DCT coefficient with a high appearance probability is coded with a variable length code, but the DCT coefficient with a low appearance probability is a 1-bit code and a zero run as a code indicating whether the block is the last non-zero coefficient. The fixed-length coding is performed using a total of 15-bit codes including a 6-bit code and an 8-bit code as a quantization index, and a code called an escape code is added to the head of the fixed-length code.
[0008]
Encoding / decoding is possible even if all codewords are stored as a codeword table, but with the above-described code configuration, a fixed-length 15-bit code is not a variable-length code. Since encoding / decoding can be performed separately, it is only necessary to prepare a codeword table of DCT coefficients and escape codes having a high appearance probability. Therefore, it is possible to reduce the storage capacity by reducing the codeword table of the variable length code.
[0009]
However, as described above, the conventional reversible code cannot add an escape code because it is necessary to add a bit to the end of a variable-length code word that can be decoded only in the forward direction. Therefore, even when the number of information symbols is large, it is necessary to prepare code words corresponding to all information symbols, and the storage amount becomes enormous.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, a reversible code according to the related art, that is, a variable-length code that can be decoded from both the forward direction and the reverse direction is obtained by adding a bit to the end of a code word of a variable-length code that can be decoded only from the forward direction. Since a reversible code is configured, the number of useless bit patterns increases, the average code length increases, and there is a problem that the coding efficiency is significantly reduced as compared with a variable length code that can be decoded only in the forward direction. In such a variable-length encoding / decoding device using a reversible code, it is necessary to prepare a codeword table having codewords corresponding to all information symbols in some form. When the number is large, there is a problem that a large storage amount is required, and there is a problem that it is not suitable for practical use in any case.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a variable length decoding method and apparatus that can be decoded in both the forward and reverse directions and have high practicality.
[0012]
More specifically, an object of the present invention is to provide a variable length decoding method and apparatus which can be decoded in both the forward and reverse directions and do not require a large storage amount even when the number of information symbols is large. And
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention is capable of decoding in both the forward and reverse directions when decoding encoded data composed of a variable length code that can be decoded in both the forward and reverse directions. A codeword table is formed in which a plurality of codewords configured so that the delimiters of the codewords can be recognized by the predetermined number of words “1” or “0” are stored corresponding to different information symbols, respectively. It is characterized in that encoded data is decoded using a codeword table.
[0014]
Further, according to the present invention, when decoding encoded data composed of a variable-length code that can be decoded in both the forward and reverse directions, the code length of the variable-length code is set to a predetermined “1” or “0” of a code word. , The value determined by the Pascal's triangle is taken as the value of the node, and the arrow from each node to the next node has the same code length using a directed graph corresponding to the code words “1” and “0”. The method is characterized in that order values for different codewords are obtained, and a decoded value is calculated using the order values and the directed graph. Thus, even when the number of information symbols is large, decoding of the variable length code can be performed with a small storage amount.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a variable-length encoding / decoding device according to an embodiment of the present invention. The variable-length encoding / decoding device according to the present embodiment is roughly divided into a codeword table creation unit 101, an encoding unit 114, a transmission or accumulation system 104, and a decoding unit 115. First, the function of each of these units will be briefly described. The codeword table creation unit 101 creates a codeword table based on the occurrence probabilities of information symbols, and encodes the encoding table 102 in the encoding unit 114 and the decoding unit 115. To the forward codeword table 110 and the backward codeword table 112. Encoding section 114 encodes the information symbol into a variable length code, and outputs the variable length code to transmission system or storage system 104 as encoded data. Decoding section 115 decodes the coded data input via transmission system or storage system 104 to reproduce the original information symbols.
[0016]
Next, a detailed configuration and operation of each unit of the present embodiment will be described. In the encoding unit 114, the input information symbols are input to the encoder 103. On the other hand, the codeword table 102 stores information symbols created in advance by the codeword table creation unit 101 and codewords of variable-length codes in association with each other. The encoder 103 selects a codeword corresponding to the input information symbol from the codewords stored in the codeword table 102, and outputs the selected codeword as encoded data. This encoded data is sent to the decoding unit 115 through the transmission system or the storage system 104. At this time, a synchronization code is inserted into the encoded data at regular intervals.
[0017]
In the decoding unit 115, a synchronization code is detected by the synchronization code detection unit 105 from the encoded data input from the transmission system or the storage system 104, and the encoded data between the synchronization codes is stored in the buffer 106. The forward decoder 110 starts decoding from the head of the encoded data stored in the buffer 106 based on the forward decoding tree from the forward decoding tree creating unit 111, and the backward decoder 108 The decoding is started from the end of the encoded data stored in the buffer 106 based on the backward decoding tree from the backward decoding tree creating unit 113.
[0018]
The decoded value judging section 109 calculates a decoded value from a decoded result (referred to as a forward decoded value) obtained by the forward decoder 107 and a decoded result (referred to as a backward decoded value) obtained by the backward decoder 108. And outputs the final decoding result. That is, if there is an error in the encoded data, the decoded value determining unit 109 can detect the presence of the error because a bit pattern that does not appear in the decoding tree is generated. Therefore, as shown in FIG. To determine the decoded value. FIG. 2 shows a method of determining a decoded value between synchronization codes.
[0019]
First, as shown in FIG. 2 (a), when the position of a codeword where an error is detected in the forward decoding result and the backward decoding result (error detection position) does not intersect, only the decoding result in which no error is detected Are used as decoding values, and the decoding results at the two error detection positions are not used as decoding values, and are discarded.
[0020]
When the error detection positions of the forward decoding result and the backward decoding result intersect as shown in FIG. 2B, the decoding result in which no error is detected in both cases is used as the decoding result value. In this case, the decoding result between the codewords at the two error detection positions is not used as a decoded value and is discarded.
[0021]
Also, as shown in FIG. 2C, when an error is detected only in a one-way decoding result of the forward decoding result and the backward decoding result (in this example, an error is detected only in the forward decoding result. ) Discards the decoded value for the codeword at the error detection position, and uses the decoded result in the reverse direction for the decoded values for the subsequent codewords.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2D, when an error is detected in both the forward decoding result and the backward decoding result for the same code word, the code word at the error detection position is similar to FIG. 2C. Are discarded, and the decoding results in the reverse direction are used as decoding values for the subsequent codewords.
[0023]
The codeword table creation unit 101 creates a codeword table of codes that can be decoded in both forward and reverse directions based on the occurrence probability of information symbols. The codeword table created by the codeword table creation unit 101 is sent to the codeword table 102 in the encoding unit 114 and to the forward codeword table 110 and the backward codeword table 112 in the decoding unit 115. The forward decoding tree creating unit 111 creates a forward decoding tree from the forward codeword table 110. Further, the backward decoding tree creating unit 113 creates a backward decoding tree from the backward codeword table 112.
[0024]
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of the codeword table creation unit 101. The code selection unit 21 receives information on the occurrence probabilities of the information symbols as input, selects a code system having the smallest average code length from among code systems that can be selected based on this information, and sends the selection result to the codeword configuration unit 22. send. The codeword configuration unit 22 configures the codeword of the code selected by the codeword selection unit 21 and creates a codeword table. The codeword table created by the codeword construction unit 22 is sent to the codeword table 102 in the encoding unit 114 and the forward codeword table 110 in the decoding unit 115. A codeword table described in a direction opposite to the forward direction is sent to the backward codeword table 112 in the decoding unit 115.
[0025]
The code selection unit 21 rearranges the input information symbols in descending order of the occurrence probabilities to be S = {S1, S2,..., Sn}, and the occurrence probabilities P of these information symbols S = {p1, p2,. pn}, based on a set C of configurable codes,
(Equation 1)

Is selected. Here, Li is a code length that can be calculated by the weight of the code word given from the code word forming unit 22. The code word weight in this case refers to the number of “1” or “0” in the code word.
[0026]
Hereinafter, a method of forming a code word in the code word forming unit 22 will be described.
[0027]
FIG. 4 shows an example of how to create a binary code sequence having a constant weight serving as a basis for a variable length code according to the present embodiment. As shown in FIG. 4A, a grid-like directed graph from the start point to the end point is formed. When following the route from the start point to the end point in this directed graph, “0” is selected when the left route is selected, and “1” is selected when the right route is selected. Is generated. In this example, a binary code sequence having a code length of 5 bits and a weight (the number of “1”) of 2 is generated. In general, there are as many binary code sequences having a code length of n bits and a weight of w as the number of combinations that select w from n. Here, there will be 10 binary code sequences, the number of combinations of selecting two out of five.
[0028]
FIG. 5 shows a first method of forming a codeword of a variable length code (hereinafter, referred to as a reversible code) that can be decoded in the forward direction and the backward direction in the codeword forming unit 22. First, as shown on the left side of FIG. 5, the weight (the number of “1”) is constant (the number of “1”) by the method of FIG. In this case, one binary code sequence is created. Next, as shown on the right side of FIG. 5, a code word of the reversible code is formed by adding "1" to the beginning and end of each of the binary code sequences and assigning "0" to the shortest code. This reversible code always starts with the code “0” for the information symbol A and “1” for the other information symbols B to J, and when three “1” s appear in all three. This is a code configuration in which the code ends, that is, a configuration where the code delimiter (code length) is known.
[0029]
The necessary and sufficient condition for the variable-length code to be a reversible code, that is, a code that can be decoded in both the forward and reverse directions, is that all codewords are assigned to the leaves of the forward and backward decoding trees. is there. The leaf of the decoding tree is the end of the decoding tree, that is, a place where there is nothing earlier. For example, in the variable-length code of FIG. 5, the codewords corresponding to all the information symbols A to J are the leaves of the forward decoding tree shown in FIG. 6A and the leaves of the backward decoding tree of FIG. Is also assigned, it can be seen that decoding is possible in both the forward and reverse directions.
[0030]
The parameters of the variable length code codeword configuration method in FIG. 5 correspond to the occurrence probabilities of various information symbols by setting the number of “1” in the codeword as a weight and setting the weight to a natural number w of 2 or more. be able to. Of course, the same applies to the case where the bit is inverted and the number of “0” is considered as the weight and discussed.
[0031]
FIG. 7 shows a second method of forming a codeword of a reversible code in the codeword forming unit 22. First, as shown on the left side of FIG. 7, the weight (the number of “1”) is constant (one in this case) by the method of FIG. Create a hexadecimal code sequence. Next, as shown in the center of FIG. 7, "1" is added to the beginning and end of each of the binary code sequences, and further, as shown on the right side of FIG. Add words.
[0032]
In this variable length code, the code length can be determined by counting the number of symbols at the beginning of each code. In the example of FIG. 7, the code configuration ends when four symbols at the beginning of each code appear, that is, the code configuration in which a code segment (code length) is known.
[0033]
In the variable-length code of FIG. 7, the codewords corresponding to all the information symbols A to J may be the leaves of the forward decoding tree shown in FIG. 8A or the leaves of the backward decoding tree shown in FIG. It can be seen from the assignment that decoding is possible in both the forward and reverse directions.
[0034]
FIG. 9 shows a third method of forming a codeword of a reversible code in the codeword forming unit 22. The reversible code has a code configuration in which the number of “0” and “1” are the same, so that the code length of the code word can be known. That is, consider the lattice-like directed graph shown in FIG. 9A, and when starting from the start point and selecting the left-side route, consider "0" when selecting the right-side route and "1" when selecting the right-side route. Correspondingly, a route that reaches a diagonal black dot passing through the start point is generated as a codeword.
[0035]
In this case, the codewords corresponding to all the information symbols A to J are assigned to the leaves of the forward decoding tree shown in FIG. 10A and the leaves of the backward decoding tree shown in FIG. It can be seen that decoding is possible in both directions.
[0036]
Next, a method for shortening a reversible code according to the present invention will be described. Since the number of information symbols, that is, the number of codes of the variable length code is limited, it is possible to shorten a part of the variable length code. Here, shortening refers to reducing the code length of some codes without increasing the code length of other codes. FIG. 11 shows an example of a method for shortening a reversible code.
[0037]
For example, the reversible code shown in FIG. 7 can be decoded from either the forward direction or the reverse direction even if the last bit of the codeword corresponding to the information symbols G, H, I, and J is deleted. . By utilizing this, in FIG. 11, the code lengths of the four codewords corresponding to the information symbols G, H, I, and J are reduced.
[0038]
In the variable-length code shown in FIG. 11, the codewords corresponding to all the information symbols A to J also appear on the leaves of the forward decoding tree shown in FIG. Since it is also assigned to the leaves of the tree, it can be seen that decoding can be performed in both the forward and reverse directions.
[0039]
Next, a method of extending a reversible code according to the present invention will be described with reference to FIG. Extension of a reversible code can be realized by adding an equal-length code to at least one of the beginning and end of each code to increase the number of codewords having the same code length. In the example of FIG. 13, a 2-bit equal-length code is added to the end of each of the reversible codes shown on the left side. In this case, the code length of each code of the reversible code is increased by 2 bits as a whole, but the number of codewords having the same code length is quadrupled. Generally, when an n-bit equal-length code is added, the code length increases by n bits as a whole, but the number of codewords having the same code length can be increased by 2 ⁿ times. Since the isometric code is obviously a reversible code, even if the isometric code is added to the beginning or end of the reversible code, it is still a reversible code.
[0040]
FIG. 14 shows a comparison between a reversible code obtained by performing variable length coding on an information symbol, which is an English alphabet, according to the present invention, and a reversible code disclosed in a known example (Japanese Patent Laid-Open No. 5-300027). It is shown. The reversible code according to the present invention shown in FIG. 14 is a code obtained by expanding the code obtained by adding a 2-bit equal length code to the end of the code when the weight of the code word is set to 0 in the method shown in FIG. It is.
[0041]
Although the reversible code according to the present invention is inferior to the Huffman code, which is an optimal code of a variable length code that can be decoded only in the forward direction, the average code length is shorter and superior to the reversible code disclosed in the known example. You can see that it has performance. This is because the known reversible code is a variable-length code that can be decoded only in the forward direction with a bit added to the end of the Huffman code, whereas the present invention does not add an extra bit, This is because the reversible code is formed from the beginning, so that there is little useless bit pattern.
[0042]
Next, another embodiment of the present invention will be described.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a variable length encoding / decoding device according to another embodiment of the present invention. The variable-length encoding / decoding device according to the present embodiment is roughly divided into a codeword table creation unit 201, an encoding unit 213, a transmission or accumulation system 205, and a decoding unit 214.
[0043]
The function of each of these units will be briefly described. The codeword table creation unit 201 creates a codeword table based on the occurrence probabilities of information symbols, sends the codeword table to the codeword table 202 in the encoding unit 213, and further creates the codeword table. The parameters of the codewords in the table are sent to the decoded graph / decoded value table creation unit 208 in the decoding unit 214. The encoding unit 213 encodes the information symbol into a variable length code, and outputs the variable length code to the transmission system or the storage system 205 as encoded data. Decoding section 214 decodes the encoded data input via transmission system or storage system 205 to reproduce the original information symbols.
[0044]
Next, a detailed configuration and operation of each unit of the present embodiment will be described.
In the encoding unit 213, the input information symbols are input to the encoder 203. The codeword table 202 stores information symbols created in advance by the codeword table creation unit 201 and codewords of variable-length codes in association with each other. However, the codeword table 202 does not store codewords corresponding to all of the information symbols that can be input, and stores only codewords corresponding to some information symbols having a relatively high appearance frequency. It is assumed that The encoder 203 selects a codeword corresponding to the input information symbol from the codewords stored in the codeword table 202 and outputs the selected codeword as encoded data.
[0045]
On the other hand, when an information symbol for which no codeword corresponding to the codeword table 202 exists, that is, an information symbol having a relatively low appearance frequency, is input to the encoding unit 213, the fixed-length code corresponding to the information symbol is fixed-length. The code encoding unit 204 creates the code word by adding an escape code in the code word table 202 to the beginning and end of the fixed-length code, and outputs this as encoded data.
[0046]
The encoded data output from the encoder 203 in the encoding unit 213 in this way is sent to the decoding unit 214 through the transmission system or the storage system 205. At this time, a synchronization code is inserted into the encoded data at regular intervals.
[0047]
The decoding unit 214 includes a synchronization code detection unit 206, a buffer 207, a decoding graph / decoding value table creation unit 208, a forward decoding unit 209, a fixed length decoding unit 210, a backward decoding unit 211, and a decoding value determination unit. The synchronization code detecting unit 206 detects a synchronization code from encoded data input from the transmission system or the storage system 205, and stores the encoded data between the synchronization codes in the buffer 207. The forward decoder 209 starts decoding from the beginning of the encoded data stored in the buffer 207, and the backward decoder 211 starts decoding from the end of the encoded data stored in the buffer 207. The decoded value determination unit 212 calculates a decoded value from a decoded result (referred to as a forward decoded value) obtained by the forward decoder 209 and a decoded result (referred to as a backward decoded value) obtained by the backward decoder 211. And outputs the final decoding result.
[0048]
FIG. 16 is a diagram illustrating a method of forming a codeword by adding an escape code to the beginning and end of a fixed-length code in the codeword table creation unit 201 in FIG. As shown in FIG. 16A, when the information symbol is other than “A”, the code word created by the code word table creation unit 201 has a code delimiter by the appearance of three “1” s. It is based on reversible codes that can be understood. This reversible code is referred to as code (1).
[0049]
On the other hand, the code (2) shown in FIG. 16B is a code word “1011” corresponding to the information symbol “C” of the code (1) as an escape code for indicating the beginning and end of the fixed-length code. The code word formed by adding the bits to the beginning and end of the fixed length code is newly added to the code (1). However, in the reversible code portion corresponding to the code (1) in the code (2), the code word “1011” used as the escape code in the code (2) is not used, and information smaller by one by the code (1) is used. Only code words corresponding to symbols A to I are used. As is clear from comparison of FIGS. 16A and 16B, the number of information symbols that can be encoded for code (2) has increased from “10” of code (1) to “17”.
[0050]
In order to decode such a code (2), the code (1) is always decoded once, both in the case of decoding in the forward direction and in the case of decoding in the reverse direction, as can be seen from FIGS. That is, since the fixed-length code can be decoded in both the forward and reverse directions, if the code (1) can be decoded in both the forward and reverse directions, the code (2) is also decoded in the forward direction. Decoding is also possible from the opposite direction.
[0051]
In the case of a conventional reversible code, it is necessary to prepare all codewords corresponding to information symbols that can be input in the encoding unit 213 and the decoding unit 214 as a codeword table. On the other hand, according to the code (2), the fixed-length code portion can be separately prepared as a 3-bit binary code as the fixed-length code encoding unit 204 and the fixed-length code decoding unit 210. Only the codeword of code (1) needs to be stored in the table 202. Therefore, compared with the conventional reversible code, the storage amount of the variable length encoding / decoding device can be significantly reduced.
[0052]
The decoding graph / decoding value table creator 208 creates a decoding graph and a decoding value table based on the Sharkwijk algorithm, and the forward decoder 209 and the backward decoder 211 decode these decoding graph and decoding data. Perform decoding based on the value table.
[0053]
FIG. 17 shows a method of counting binary code sequences having a constant weight. An algorithm for counting binary code sequences having a constant weight is described in J. Amer. P. M. Sharkwijk: "An algorithm for source coding", IEEE Trans. Infrom Theory, vol. IT-18, no. 3, pp. 395-399, May 1972. Are well known as Sharkwijk's algorithm. In the Sharkwijk algorithm, as shown in FIG. 17A, a grid-like directed graph from a START point to an END point is formed based on a “Pascal triangle”. The value indicated by a numeral at each node is the sum of the values of the nodes at the starting points of the two arrows entering each node, with the value of the node at the START point being 1. That is, the value of each node is determined by the Pascal's triangle.
[0054]
Then, regarding the directed graph of FIG. 17A, when following the route from the START point to the END point according to the input information symbol, when the left-side route (arrow) is selected, the code word “0” is selected, and the right-side route is selected. When (arrow) is selected, a binary code sequence with a weight of 2 can be generated by associating each code word “1”. Here, the value obtained by subtracting the value of the node at the start of the arrow from the value of the node at the end of the arrow when “0” is selected is the code word of the same code length of the binary code sequence. Is the ordinal value of For example, if the input information symbol is “01001”, the sum of the differences of the node values for three “0” s is (1-1) + (3-2) + (4-3) = 2 is the order value. Here, the sequential value is a value for ordering different code words having the same code length. FIG. 17B shows the relationship between information symbols and order values in this case.
[0055]
An example in which the Sharkwijk algorithm is applied to encoding is known. In this case, encoding is performed by converting a value corresponding to the above-described order value into a binary code. In contrast, in the present embodiment, this algorithm is used for decoding as described below.
[0056]
That is, the decoding graph / decoding value table creation unit 208 creates a directed graph as a decoding graph based on the above-mentioned Sharkwijk algorithm. That is, this decoded graph is a directed graph in which values determined by Pascal's triangle are used as node values and codewords "1" and "0" are arrows, and an example is shown in FIG. FIG. 18B shows an example of a method of calculating a decoded value in the forward decoder 208 and the backward decoder 211 using the decoded graph.
[0057]
Code (1) shown in FIG. 16 (a) is a reversible code in which when the head is other than “0”, a break can be recognized at a point where three “1” appear. When calculating the decoded value of the reversible code of the code (1), if the head of the reversible code is “0” in the forward direction, the decoded value is set to 0; Is deleted, and the order value is calculated by the Sharkwijk algorithm. Since the number of codewords having a code length shorter than the codeword to be decoded is the sum of the values of the diagonal right nodes at the END point in FIG. 18A, the sum is added to the order value. Is the decoded value.
[0058]
On the other hand, in the reverse direction, as in the case of the above-described forward direction, first, if the head of the reversible code is "0", the decoded value is set to 0; otherwise, the leading and terminal "1" are deleted. After inverting the remaining part, the order value is calculated by the Sharkwijk algorithm. Then, the sum of the order value and the sum of the nodes on the upper right of the END point plus 1 is defined as a decoded value.
[0059]
More specifically, with reference to FIGS. 18A and 18B, for example, if the codeword to be decoded for the reversible code is “10101”, the leading and trailing “1” s are first deleted and “010” is added. I do. When an order value is obtained for this “010” by the Sharkwijk algorithm, (1-1) + (3-2) = 1 for two “0” s. In this case, since the sum of the values of the nodes at the diagonally upper right of the END point is 1 + 2 = 3, this value + 1 (= 4) is added to the order value (= 1), and the decoded value is obtained as 5.
[0060]
When decoding is performed using such a decoding graph, the amount of storage can be significantly reduced. FIGS. 19A and 19B are diagrams showing a difference in storage amount required between a conventional decoding method using a decoding tree and a decoding method using a decoding graph according to the present embodiment. Comparing the two with the number of nodes, the number of arrows coming out of each node is the same in both cases, but the number of arrows coming in each node is always one in the case of the decoding tree in FIG. . On the other hand, in the case of the decoded graph of FIG. 19B, since two arrows enter each node, the total number of nodes required by the same codeword decreases accordingly. In this example, the decoding tree of FIG. 19A requires 15 nodes, whereas the decoding graph of FIG. 19B requires only 8 nodes. Therefore, the decoding method of the present embodiment using the decoding graph has an advantage that the required storage amount is smaller than that of the conventional method using the decoding tree.
[0061]
In this embodiment, in order to decode the code (2) to which the escape code shown in FIG. 16B is added, the decoded value table of the code (1) shown in FIG. ) Are prepared, and when the escape code is decoded in the decoded value table of code (1), the decoded value table of the fixed length code is read. For example, when the codeword is “10110011011”, if the leading “1011”, that is, the escape code is decoded, the next three bits “001” are regarded as a fixed-length code and decoded by the fixed-length code decoding unit 210. I do. In this case, since 1 is obtained as the decoded value of “001”, the decoded result is the information symbol “K” from the fixed-length code decoded value table of FIG.
[0062]
Next, an embodiment in which the present invention is applied to a moving image encoder / decoder will be described. FIG. 21 is a block diagram showing a schematic configuration of a moving image encoder / decoder incorporating the above-described variable length encoding / decoding device.
[0063]
In the video encoder 709 shown in FIG. 21A, the data encoded by the information source encoder 702 is subjected to variable-length encoding, communication channel encoding, multiplexing, and the like by a video multiplexer 703. Then, after the transmission speed is smoothed by the transmission buffer 704, the data is sent to the transmission system or the storage system 705 as encoded data. The encoding control unit 701 controls the information source encoder 702 and the video multiplexing unit 703 in consideration of the buffer amount of the transmission buffer 704.
[0064]
On the other hand, in the moving picture decoder 710 shown in FIG. 21B, the coded data from the transmission system or the storage system 705 is temporarily stored in the reception buffer 706, and the moving picture multiplexing / demultiplexing unit 707 converts the coded data into After demultiplexing, channel coding, and variable-length code decoding are performed, the data is sent to an information source decoder 708, and a moving image is finally decoded.
[0065]
FIG. 22 shows the syntax of the moving picture coding method in the moving picture coder 709 and the moving picture multiplexing / demultiplexing unit 707 in FIG. Among the picture layers shown in FIG. 22A, information other than DCT coefficients such as macroblock mode information and motion vector information and INTRA DC is arranged in the upper layer, and DCT coefficient information is arranged in the lower layer. Thus, the reversible code according to the present invention is applied to the lower layer part.
[0066]
FIGS. 23A and 23B are block diagrams showing a more detailed configuration of the video multiplexing unit 703 and the video multiplexing / demultiplexing unit 707 in FIG. In the moving image multiplexing unit 703 shown in FIG. 23A, among the coded data from the information source coder 702 in FIG. 21, other than DCT coefficients such as macroblock mode information, motion vector information, and INTRADC. After the normal variable length coding is performed by the upper layer variable length encoder 901 as the upper layer, the upper layer communication path encoder 902 further performs error correction detection with a large redundancy but a high correction capability. The channel is coded by a code and sent to the multiplexing unit 905.
[0067]
On the other hand, among the encoded data from the information source encoder 702, the DCT coefficients are encoded into a reversible code by the lower layer variable length encoder 903, and the lower layer channel encoder 904 generates an error with less redundancy. After being channel-coded by the correction detection code, it is sent to the multiplexing unit 905. The multiplexing unit 905 multiplexes the encoded data of the upper layer and the encoded data of the lower layer, and sends the multiplexed data to the transmission buffer 704.
[0068]
In the moving image multiplex / separation unit 707 shown in FIG. 23B, first, the coded data from the reception buffer 706 is separated by the multiplex / separation unit 906 into an upper layer and a lower layer. The encoded data of the upper layer is decoded by the upper layer channel decoder 907, and the decoding result is sent to the upper layer variable length decoder 909. The lower layer encoded data is decoded by the lower layer channel decoder 908, and the decoding result is sent to the lower layer variable length decoder 910.
[0069]
Lower layer variable length decoder 910 decodes the reversible code, and sends the decoding result to information source decoder 708 and upper layer variable length decoder 909. The upper layer variable length decoder 909 decodes the variable length code which is the encoded data of the upper layer, and rewrites the encoding result based on the decoding result of the lower layer variable length decoder 910.
[0070]
Here, the lower layer variable length encoder 903 in FIG. 23A is used for the encoding unit 213 in FIG. 15, and the lower layer variable length decoder 910 in FIG. 23B is used for the decoding in FIG. Respectively corresponding to the conversion units 214.
[0071]
As seen in the video encoder / decoder of the present embodiment, when the encoding scheme has the syntax as shown in FIG. 22, not only can the variable length code itself be decoded from both directions, In terms of syntax, it is necessary to be able to decode from both directions. In the present embodiment, this request is realized by using a codeword table described below.
[0072]
FIGS. 24 to 28 show examples of codeword tables of variable length codes of DCT coefficients used in the lower layer variable length encoder 903. FIG. FIG. 29 shows a codeword table of escape codes.
[0073]
The information source encoder 702 scans the block of the 8 × 8 DCT coefficient after quantization and performs LAST (0: non-zero coefficient not at the end of the block, 1: 1: non-zero coefficient at the end of the block. A coefficient), RUN (the number of zero runs to a non-zero coefficient) and LEVEL (absolute value of the coefficient) are obtained and sent to the video encoder 709.
[0074]
The lower layer variable length encoder 903 in the video encoder 709 is a non-LAST coefficient of INTRA and INTER shown in FIG. 24 to FIG. 25, and a non-LAST coefficient of RUN and LEVEL corresponding to a reversible code (VLC_CODE). A code word table (first code word table) and a code word table (LAST code) of LAST coefficients in which LAST coefficients of INTRA and INTER shown in FIGS. 26 to 27 correspond to reversible codes (VLC_CODE) for RUN and LEVEL. Codeword table). Then, based on the mode information, the coding is performed by selecting the code word table of the non-LAST coefficient and the LAST coefficient of the INTRA at the time of INTRA and the code word table of the non-LAST coefficient and the LAST coefficient of the INTER at the time of INTER. In FIGS. 26 and 27, "S" of the last bit of VLC_CODE indicates the sign of LEVEL, and when "S" is "0", the sign of LEVEL is positive, and when "1", it is negative.
[0075]
For the coefficients that do not exist in this codeword table, the absolute values of RUN and LEVEL are encoded into fixed-length codes as shown in FIG. 29, and escape codes are added to the beginning and end of the fixed-length codes, and The last bit is encoded so that the LAST coefficient and the LEVEL can be distinguished from positive or negative. FIG. 28 is a codeword table of this escape code. The last bit “t” of VLC_CODE used as an escape code indicates whether or not it is a LAST coefficient when added to the beginning of a fixed-length code. When this is "0", it is a non-LAST coefficient, and when it is "1", it is a LAST coefficient. “T” represents the LEVEL code when added to the end of the fixed-length code. When this is “0”, the LEVEL code is positive, and when it is “1”, it is negative.
[0076]
FIG. 30 shows an example of encoded data in the present embodiment. As shown in the figure, when decoding is performed in the lower layer from the forward direction, since the code of the LAST coefficient always exists at the end of the block of the DCT coefficient of 8 × 8 pixels, the end of the block may be determined. it can. On the other hand, when decoding is performed in the reverse direction, the beginning of the block can be determined by the appearance of the code of the LAST coefficient of the block preceding by one address. Since this code has a LAST coefficient common to the INTRA mode and the INTER mode, the head of the block can be determined even if a mode exists for each macro block.
[0077]
For the first block of the lower layer, a dummy LAST coefficient is coded at the beginning of the lower layer in the lower layer variable length encoder 903, or the next frame is encoded in the lower layer variable length decoder 910. The number of bits in the lower layer is calculated in advance from the number of bits up to the synchronization code of the lower layer, and the calculated number is compared with the number of bits decoded. Alternatively, a buffer in the lower layer variable length decoder 910 adds By adopting a method of inserting a dummy LAST coefficient, it is possible to determine the head of the lower layer when decoding in the reverse direction.
[0078]
The reversible code stored in the code word tables shown in FIGS. 24 to 27 is read in the forward direction until the first one bit is “0”, until two “0” appear, and when it is “1”. For example, it is understood that two "1" s are read until the next one bit becomes the last bit indicating the positive or negative of LEVEL. In the reverse direction, the first one bit indicates the sign of LEVEL, and if the next one bit is “0”, it is read until two “0” appear, and if “1”, it is “1”. Please read until two appear.
[0079]
FIG. 31 shows a decoding graph for decoding a reversible code applied to the variable length code of the DCT coefficient used in the lower layer variable length encoder 903 in the present embodiment. A decoded value can be calculated from the decoded graph of the encoded data excluding the first two bits and the last two bits of the codeword when viewed from the forward direction.
[0080]
In this decoded graph, if the first bit is "0", the right arrow is advanced when "0" appears, and the left arrow is advanced if "1" appears. If the first bit is "1", the right arrow is advanced if "1" appears, and the left arrow is advanced if "0" appears.
[0081]
In order to obtain the order value for a binary code sequence having the same code length, the value of the starting node is subtracted from the value of the ending node of the arrow when the left arrow is selected, according to the Sharkwijk algorithm described above. The sum of the values may be used as the order value at the code length.
[0082]
On the other hand, in order to obtain the decoded value, if the leading bit is “0”, a value obtained by adding twice the sum of the values of the nodes at the upper right corner of the terminal node to the ordinal value may be used as the decoded value. . If the first bit is "1", the decoded value may be twice the sum of the values of the nodes diagonally to the upper right of the terminal node plus the order value to the value of the terminal node.
[0083]
For example, if the code string to be decoded is “0110101”, it is first set to “1101” except for the first one bit and the last two bits when viewed from the forward direction. Since the first bit is "0", if "0" appears in the decoding graph, the right arrow is advanced, and if "1" appears, the left arrow is advanced. In this case, since the difference between the nodes when the left arrow is advanced is (1-1) + (1-1) + (4-3) = 1, the order value is 1. Since the most significant bit is “0”, the order 1 is added to twice (1 + 2 + 3) × 2 = 12 of the total of the nodes diagonally right above the terminal node, and the result is 13; Will be done.
[0084]
FIGS. 32 to 34 show an example of a decoded value table used in the lower layer variable length decoder 910. FIGS. 32 to 33 show non-LAST coefficients of INTRA and INTER, and RUN and LEVEL in which decoded values are associated with decoded values. FIG. 34 (a) and (b) are decoded value tables of LAST coefficients in which LAST coefficients of INTRA and INTER are associated with decoded values of RUN and LEVEL, respectively. FIG. 35 is a decoded value table of the escape code.
[0085]
In this example, for example, as can be seen in FIG. 34A, the decoded value 13 is a LAST coefficient, the number of RUNs is 3, the absolute value of LEVEL is 1, and the least significant bit is “1”. This indicates that LEVEL is negative. Further, as can be seen from FIG. 35, when the decoded value 41 is decoded, it is determined that the escape code has been decoded. The last bit of this escape code is used to determine whether it is a LAST coefficient or a non-LAST coefficient, and the fixed bits decoding unit 210 decodes the absolute values of RUN and LEVEL for the subsequent 13 bits, and then decodes the escape code again. , The last bit determines the sign of LEVEL.
[0086]
As an example, consider a case where the code string to be coded is “110000010000111000101111000010”. In this case, since the last bit of the leading escape code “11000010” is “0”, it is a non-LAST coefficient, and the subsequent 13-bit fixed-length code is calculated. Of these 13 bits, the upper 6 bits represent RUN, so that "000111" represents RUN of 7, and the lower 7 bits represent the absolute value of LEVEL. Therefore, "0001011", the absolute value of LEVEL is 12, and the end escape code " Since the last bit of “11000010” is “0”, LEVEL can be decoded as positive.
[0087]
The decoded value determination unit 212 compares the decoded result obtained by the forward decoder 209 (referred to as a forward decoded result) with the decoded result obtained by the backward decoder 211 (referred to as a backward decoded value). ) To determine the decoded value and output the final decoded result. That is, if there is an error in the encoded data, the decoded value determination unit 212 recognizes the presence of the error because the decoding result of the lower layer channel decoder 908 or a bit pattern that did not exist as a codeword occurs. Therefore, a decoded value is determined from the forward decoding result and the backward decoding result as shown in FIG. FIG. 36 shows a method of determining a decoded value of a lower layer.
[0088]
First, as shown in FIG. 36 (a), when the position of a macroblock where an error is detected in the forward decoding result and the backward decoding result (error detection position) does not intersect, the macroblock in which no error is detected Only the decoding result is used as a decoding value, and the decoding results at two error detection positions are not used as decoding values. Then, based on the decoding result of the mode information of the upper layer, the decoding result of the upper layer is displayed such that the previous frame is displayed as it is for the INTRA macroblock and the motion compensation is displayed only for the INTER macroblock from the previous frame. Is rewritten.
[0089]
In addition, as shown in FIG. 36 (b), when an error detection position intersects between a forward decoding result and a backward decoding result, a decoding result in which no error is detected in both is used as a decoding result value. In this case, the decoding result between the codewords at the two error detection positions is not used as a decoding value, and the previous frame of the INTRA macroblock is displayed as it is based on the decoding result of the mode information of the upper layer. As described above, the decoding result of the upper layer is rewritten so that the INTER macroblock is displayed only by the motion compensation from the previous frame.
[0090]
In addition, as shown in FIG. 36 (c), when an error is detected only in a one-way decoding result out of a forward decoding result and a backward decoding result (in this example, only an error is detected in the forward decoding result. Does not use the macroblock at the error detection position as a decoded value, and displays the previous frame for the INTRA macroblock as it is based on the decoding result of the mode information of the upper layer. The decoding result of the upper layer is rewritten so as to display only the motion compensation from the frame. The decoding value for the subsequent macroblock uses the decoding result in the reverse direction.
[0091]
Further, when an error is detected in both the forward decoding result and the backward decoding result in the same macroblock as shown in FIG. 36 (d), the decoding value of the macroblock at the error detection position is discarded and decoded. It is not used as a value, and based on the decoding result of the mode information of the upper layer, the previous frame is displayed as it is for the INTRA macroblock, and the upper frame is displayed only for the motion compensation for the INTER macroblock from the previous frame. The decoding result of the hierarchy is rewritten, and the decoding value for the subsequent macroblock uses the decoding result in the reverse direction.
[0092]
The order of encoding / decoding of macroblocks may be a method other than the above-described embodiment. For example, when an error occurs, a more important central part of a decoded image is rescued in FIG. The order may be as shown. In other words, assuming that decoding is performed from both directions, the probability that the first part and the last part of the encoded data between the synchronization codes are correctly decoded is high. The order is determined so that is in the center.
[0093]
In the above embodiment, the present invention is applied to variable-length coding of DCT coefficients. However, it goes without saying that the same variable-length coding can be applied to other information symbols.
Further, in the above-described embodiment, only the binary code has been discussed, but it is easy to extend to a multiple code, and the same effect can be obtained.
[0094]
Finally, as an application example of the present invention, an embodiment of an image transmitting / receiving apparatus to which the variable length encoding / decoding apparatus according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. An image signal input from a camera 1002 provided in a personal computer (PC) 1001 is encoded by a variable length encoding device incorporated in the PC 1001. The information symbol in this case is not limited to this. For example, the input image signal or a prediction error signal which is a difference between the input image signal and the prediction image signal is subjected to discrete cosine transform by a DCT circuit, and further quantized by a quantization circuit. DCT coefficient data obtained by the conversion. The coded data output from the variable-length coding device is multiplexed with other voice and data information, transmitted by radio by the wireless device 1003, and received by the other wireless device 1004. The signal received by the wireless device 1004 is decomposed into encoded data of an image signal and information of voice and data. Among these, the coded data of the image signal is decoded by the variable length code decoding device incorporated in the workstation (EWS) 1005, and is displayed on the display of the EWS 1005.
[0095]
On the other hand, the image signal input from the camera 1006 provided in the EWS 1005 is encoded in the same manner as described above using the variable length encoding device incorporated in the EWS 1006. The encoded data is multiplexed with other voice or data information, transmitted wirelessly by the wireless device 1004, and received by the wireless device 1003. The signal received by the wireless device 1003 is decomposed into coded data of an image signal and voice and data information. Among these, the coded data of the image signal is decoded by the variable length code decoding device incorporated in the PC 1001, and is displayed on the display of the PC 1001.
[0096]
The variable-length encoding / decoding device according to the present invention has a code length corresponding to the frequency of appearance of information symbols, has less wasteful bit patterns and is more efficient than in the past, and has a forward and a reverse direction. Since a reversible variable-length code that can be decoded can also be configured, the present invention is particularly effective in a transmission / reception apparatus using a transmission line having many errors, such as the wireless transmission line shown in FIG.
[0097]
As described in the above embodiment, the variable-length encoding / decoding device of the present invention can decode with a smaller storage amount as compared with the related art, and the information symbol that cannot be conventionally applied. It can be applied to coding with a large number.
[0098]
Specifically, the present invention can be applied to a video encoding / decoding device, and can provide a video encoding / decoding device that is resistant to errors.
[0099]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a variable-length decoding method and apparatus that can decode in both forward and backward directions and that are practical in terms of coding efficiency, storage amount required for the apparatus, and the like. Can be provided.
[0100]
That is, a plurality of codewords that can be decoded in the forward direction and the reverse direction and are configured so that code delimiters can be identified by the number of codewords “1” or “0” are stored in association with information symbols. A code word table is formed, and a variable length code with few unnecessary bit patterns and high coding efficiency can be decoded using the code word table.
[0101]
In addition, the code length can be determined by the number of code words “1” or “0”, and Pascal's variable-length code words composed of code words that can be decoded in both the forward and reverse directions are used as targets. A value determined by a triangle is set as a value of a node, and a decoded value is calculated by a directed graph (decoding graph) in which arrows from each node to the next node correspond to code words “1” and “0”, thereby obtaining an information symbol. Even when the number is large, decoding of the variable length code can be performed with a small storage amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a variable length encoding / decoding device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram illustrating an operation of a decoded value determination unit in FIG. 1 is a block diagram of a codeword table creating unit in FIG. 1; FIG. 4 is a diagram showing a method of creating a constant weight binary code sequence based on a variable length code according to the present invention; FIG. FIG. 6 is a diagram showing a forward and backward decoding tree created from a code word constructed by the first code construction method. FIG. 7 is a diagram showing a code word configuration in FIG. FIG. 8 is a diagram showing a second codeword structuring method in the section. FIG. 8 is a diagram showing forward and backward decoding trees created from codewords formed by the second code structuring method. FIG. 9 is a code in FIG. FIG. 10 is a diagram showing a third code configuration method in a word configuration unit. FIG. 11 is a diagram showing a forward and backward decoding tree created from a codeword obtained by the coding. FIG. 11 is a diagram showing a code shortening method in a codeword constructing unit in FIG. 3. FIG. 12 is a code shortened by the code shortening method. FIG. 13 is a diagram showing a forward and backward decoding tree created from a word. FIG. 13 is a diagram showing a code enlarging method in a code word constructing unit in FIG. 3. FIG. 14 is a diagram showing a variable length code constructed in the present embodiment. FIG. 15 is a diagram showing characteristics of a variable length code of a known example in comparison. FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a variable length coding / decoding device according to another embodiment of the present invention. FIG. 16 is a codeword in FIG. FIG. 17 is a diagram illustrating a code configuration method in a configuration unit. FIG. 17 is a diagram illustrating a method of counting a binary sequence having a constant weight. FIG. 18 is a diagram illustrating operations of a forward decoder and a backward decoder in FIG. FIG. 19 shows a conventional decoding tree and a decoding graph in the present embodiment. FIG. 20 is a diagram illustrating a decoded value table in the present embodiment. FIG. 21 is a diagram of a moving image encoding / decoding device incorporating a variable length encoding / decoding device according to the present invention. FIG. 22 is a block diagram showing a schematic configuration. FIG. 22 is a diagram showing the syntax of encoded data in a video encoder / decoder according to the embodiment. FIG. 23 is a video multiplexing unit and video multiplexing in FIG. FIG. 24 is a diagram showing a part of a code word table of non-LAST coefficients of INTRA and INTER in the embodiment. FIG. 25 is a code of non-LAST coefficients of INTRA and INTER in the embodiment. FIG. 26 is a diagram showing another part of the word table. FIG. 26 is a diagram showing a part of a code word table of LAST coefficients of INTRA and INTER in the embodiment. FIG. 28 is a diagram showing another part of the code word table of the LAST coefficient of INTRA and INTER in the embodiment. FIG. 28 is a diagram showing the code word table of the escape code in the embodiment. FIG. 29 is a code word in the embodiment. FIG. 30 is a diagram showing an encoding method of a codeword not in a table. FIG. 30 is a diagram showing an example of encoded data in the embodiment. FIG. 31 is a diagram showing a decoding graph in the embodiment. FIG. 32 is an INTRA in the embodiment. FIG. 33 is a diagram showing a part of a decoded value table of non-LAST coefficients of INTER and INTER. FIG. 33 is a diagram showing another part of a decoded value table of non-LAST coefficients of INTRA and INTER in the same embodiment. FIG. 35 is a view showing a decoded value table of LAST coefficients of INTRA and INTER in FIG. 35. Escape in the embodiment FIG. 36 is a diagram illustrating a decoded value table of a symbol. FIG. 36 is a diagram illustrating the operation of a decoded value determination unit in FIG. 15. FIG. 37 is a diagram illustrating the encoding / decoding order of macroblocks in the embodiment. FIG. 39 is a diagram showing an example of a device in which the variable length coding / decoding device according to the present invention is incorporated. FIG. 39 is a diagram showing a general decoding method of a reversible code. FIG. 40 is an explanatory diagram of a normal variable length code. FIG. 41 is an explanatory view of a conventional reversible code.
101 codeword table creation unit 102 codeword table 103 encoder 104 transmission or storage system 105 synchronization code detector 106 buffer 107 forward decoder 108 backward decoder 109 decoding Value determination unit 110: forward decoded word table 111: forward decoding tree creating unit 112: backward codeword table 113 ... backward decoding tree creating unit 114: encoding unit 115: decoding unit 21: code selecting unit 22 ... Codeword configuration unit 201 Codeword table creation unit 202 Codeword table 203 Encoder 204 Fixed length code encoding unit 205 Transmission or storage system 206 Synchronization code detection unit 207 Buffer 208 Decoding graph Decoded value table creating unit 209 Forward decoder 220 Fixed length code decoding unit 211 Reverse decoder 212 Decoded value determination unit 213 Encoding unit 214 decoding unit 701 encoding control unit 702 information source encoder 703 moving image multiplexing unit 704 transmission buffer 705 transmission or storage system 706 reception buffer 707 moving image multiplexing / demultiplexing Unit 708 information source decoder 709 moving image encoder 710 moving image decoder 901 lower layer variable length decoder 902 upper layer channel encoder 903 lower layer variable length encoder 904 ... Lower layer channel encoder 905. Multiplexer 906. Demultiplexer 907. Upper layer channel decoder 908... Lower layer channel decoder 909. Upper layer variable length decoder 910. Variable length decoder 1001 Personal computer 1002 Workstation 1003 Wireless device 1004 Wireless device 1005 Camera 1006 Camera

Claims (4)

In a variable length decoding method for decoding encoded data composed of a variable length code that can be decoded in both the forward direction and the reverse direction,
A plurality of codewords, which can be decoded in the forward direction and the reverse direction, and are configured such that the delimiter of the codeword can be identified by the predetermined number of “1” or “0” of the codeword, Constitute a codeword table stored in correspondence with
A variable length decoding method comprising decoding the encoded data using the codeword table. In a variable length decoding device that decodes encoded data composed of a variable length code that can be decoded in both the forward direction and the reverse direction,
A plurality of codewords, which can be decoded in the forward direction and the reverse direction, and are configured such that the delimiter of the codeword can be identified by the predetermined number of “1” or “0” of the codeword, A codeword table stored in correspondence with
Means for decoding the encoded data using the codeword table. In a variable length decoding method for decoding encoded data composed of a variable length code that can be decoded in both the forward direction and the reverse direction,
The code length of the variable-length code is determined by a predetermined number of “1” or “0” of the code word, the value determined by the Pascal's triangle is set as the value of the node, and the arrow from each node to the next node is encoded. Using a directed graph corresponding to the words "1" and "0" to determine an order value for different codewords having the same code length, and calculating a decoded value using the order value and the directed graph. Variable length decoding method. In a variable length decoding device that decodes encoded data composed of a variable length code that can be decoded in both the forward direction and the reverse direction,
The code length of the variable-length code is determined by a predetermined number of “1” or “0” of the code word, the value determined by the Pascal's triangle is set as the value of the node, and the arrow from each node to the next node is encoded. Using a directed graph corresponding to the words "1" and "0" to determine an order value for different codewords having the same code length, and calculating a decoded value using the order value and the directed graph. Variable-length decoding device.

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