JP3609814B2 - 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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
【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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a variable length decoding method and apparatus.
[0002]
[Prior art]
A variable-length code has an average short code length by assigning a code with a short code length to a symbol that appears frequently and a code with a long code length for a symbol that appears rarely, based on the frequency of occurrence of the symbol. This is the code system. Therefore, when a variable length code is used, the amount of data can be greatly compressed as compared with the data before encoding. As a method for constructing such a variable length code, an optimum Huffman algorithm for a memoryless information source is known.
[0003]
As a general problem with variable-length codes, when an error is mixed in the encoded data due to a transmission path error or other reasons, the data after the error is mixed is correctly transmitted by the decoding device due to the propagation of the effect. The point that it becomes impossible to decode is mentioned. For this reason, when there is a possibility that an error may occur in the transmission line, a method is generally employed in which a synchronization code is periodically inserted at certain intervals to prevent error propagation. 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 the decoding becomes impossible, the error can be prevented from being propagated and the decoding can be performed correctly by finding the next synchronization code. However, even when the synchronization code is used in this way, the encoded data between the point where an error occurs and decoding cannot be performed correctly as shown in FIG. 39A until the next synchronization code is found is decoded. Can not do.
[0004]
Therefore, the variable length code is changed from the normal configuration shown in FIG. 40 as shown in FIG. 41, and not only the property that can be decoded from the normal forward direction as shown in FIG. There is known a method of making a decodable code configuration. Further, since such a code can read the encoded data from the reverse direction, it can also be used for reverse reproduction in a storage medium such as a disk memory for storing the encoded data. 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 a reversible code is described in, for example, “Reversible Variable Length Coding Method” of Japanese Patent Laid-Open No. 5-300027. The reversible code of this known example has a code length longer than that of each codeword as shown in FIG. 41 at the end of the codeword of the Huffman code which is a variable length code decodable from the forward direction shown in FIG. This is a variable length code that can be decoded in the reverse direction by adding bits under conditions that do not match the end of other codewords.
[0005]
However, since this reversible code adds bits to the end of the codeword of a variable-length code that can be decoded only in the forward direction, the number of wasted bits increases and the average code length increases. As a result, the encoding efficiency is greatly reduced as compared with a variable-length code that can be decoded only in the forward direction.
[0006]
Another problem with conventional reversible codes 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. As an example of the case where the number of information symbols is large, there is encoding of DCT coefficients that are often used in image encoding of moving images and still images. Normally, in image coding, 8 × 8 DCT (Discrete Cosine Transform) is performed, and 8-bit linear quantization is performed on orthogonal transform coefficients called DCT coefficients obtained thereby. Further, zigzag scanning is performed on the quantized DCT transform coefficients from a low frequency range, and variable length coding is performed using a set of zero run and non-zero coefficients.
[0007]
For example, ITU-T DRAFT Recommendation H.264. In H.263 (1995), the quantization index value is −127 to +127 (the index value is 253 because the index value is 0), the zero run number is 63 at the maximum, and the last DCT coefficient of the block is a non-zero coefficient. Therefore, the number of information symbols is 253 × 64 × 2 = 32384, which is a very large number. Therefore, H.H. In H.263, a DCT coefficient having a high appearance probability is encoded with a variable length code, while a DCT coefficient having a low appearance probability is encoded with a 1-bit code and a zero run code indicating whether the block is the last non-zero coefficient. A fixed-length encoding is performed using a 6-bit code, a quantization index, and a 15-bit code, which is an 8-bit code, 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 in the codeword table. However, with the above code configuration, the 15-bit fixed-length code part is a variable-length code. Since encoding / decoding can be performed separately, it is only necessary to prepare a DCT coefficient and an escape code codeword table 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, since the conventional reversible code needs to add a bit to the end of the codeword of the variable-length code that can be decoded only from the forward direction as described above, an escape code cannot be added. Therefore, even when the number of information symbols is large, it is necessary to prepare codewords corresponding to all the information symbols, resulting in a huge amount of storage.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the reversible code according to the prior art, that is, the variable length code that can be decoded from the forward direction or the reverse direction, is obtained by adding a bit to the end of the code word of the variable length code that can be decoded only from the forward direction. Since the reversible code is configured, there is a problem that the number of useless bit patterns is increased, the average code length is increased, and the encoding 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, and information symbols are encoded like image encoding. If the number is large, there is a problem that a large amount of memory is required.
[0011]
An object of the present invention is to provide a variable-length decoding method and apparatus that can be decoded both in the forward direction and in the reverse direction, and is rich in practicality.
[0012]
More specifically, an object of the present invention is to provide a variable length decoding method and apparatus that can be decoded both in the forward direction and in the reverse direction and that does 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 problems, the present invention Entered In a variable length decoding method for decoding encoded data composed of variable length codewords corresponding to DCT coefficients after quantization, Different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization of a plurality of codewords that can be decoded in both forward and reverse directions, and a code having a level of the quantized DCT coefficient added to the last bit In the codeword table stored corresponding to each of the codewords, codewords corresponding to the combination of the last quantized DCT coefficient, the run, and the level are stored from the codeword table. Coded data output by selecting a codeword corresponding to the combination is received, and the codeword corresponding to the combination of the last quantized DCT coefficient input, run, and level is stored in the codeword table. If not, the fixed-length code corresponding to the run and level of the input quantized DCT coefficient can be decoded in both the forward and backward directions. Receives the encoded data codeword which consist of a combination of a specific code word obtained by adding the sign of the level bits are output, The coded data is decoded using a decoded value table in which decoded values are stored in association with different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization.
[0014]
Here, the code word is configured such that the delimiter of the code word can be recognized by, for example, a predetermined number of “1” or “0”.
[0015]
The present invention also provides Entered In a variable length decoding device that decodes encoded data consisting of variable length code words corresponding to DCT coefficients after quantization, Different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization of a plurality of codewords that can be decoded in both forward and reverse directions, and a code having a level of the quantized DCT coefficient added to the last bit In the codeword table stored corresponding to each of the codewords, codewords corresponding to the combination of the last quantized DCT coefficient, the run, and the level are stored from the codeword table. A means for receiving encoded data output by selecting a codeword corresponding to a combination; and a codeword corresponding to a combination of the last, run, and level of the quantized DCT coefficient input to the codeword table Is not stored, it is possible to decode the fixed-length code corresponding to the run and level of the input DCT coefficient after quantization and forward and backward. Te, means for receiving the encoded data code word comprising a combination of a specific code word on the last bit has been added the code of the level is output, And means for decoding the encoded data using a decoded value table in which decoded values are stored in association with different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a variable-length encoding / decoding device according to an embodiment of the present invention. The variable-length encoding / decoding apparatus according to the present embodiment is roughly composed of a codeword table creation unit 101, an encoding unit 114, a transmission system or storage system 104, and a decoding unit 115. First, the functions of these units will be briefly described. The codeword table creation unit 101 creates a codeword table based on the occurrence probability of an information symbol, the coding table 102 in the coding 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 as encoded data to transmission system or storage system 104. Decoding section 115 decodes the encoded data input via transmission system or storage system 104 to reproduce the original information symbol.
[0017]
Next, the detailed configuration and operation of each part of the present embodiment will be described. In the encoding unit 114, the input information symbol is 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 in correspondence with codewords of variable length codes. The encoder 103 selects a code word corresponding to the input information symbol from the code words stored in the code word table 102 and outputs the selected code word 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.
[0018]
In the decoding unit 115, the synchronization code detection unit 105 detects the synchronization code from the encoded data input from the transmission system or the storage system 104, and stores the encoded data between the synchronization code and the synchronization code in the buffer 106. The forward decoder 110 starts decoding from the beginning of the encoded data stored in the buffer 106 based on the forward decoding tree from the forward decoding tree creation unit 111, and the backward decoder 108 Based on the backward decoding tree from the backward decoding tree creation unit 113, decoding is started from the end of the encoded data stored in the buffer 106.
[0019]
In the decoded value determination unit 109, a decoded value is obtained from the decoding result (referred to as a forward decoded value) obtained by the forward decoder 107 and the decoded result (referred to as a backward decoded value) obtained from the backward decoder 108. And the final decoding result is output. In other words, if there is an error in the encoded data in the decoded value determination unit 109, a bit pattern that does not appear in the decoding tree is generated, so that the presence of the error is known. Therefore, the forward decoding result and the backward decoding result are shown in FIG. The decrypted value is determined. FIG. 2 shows a decoded value determination method between the synchronization code and the synchronization code.
[0020]
First, as shown in FIG. 2 (a), when the position of the codeword (error detection position) where an error is detected does not intersect between the forward decoding result and the backward decoding result, only the decoding result where no error is detected. Are used as decoded values, and the decoding results at the two error detection positions are not used as decoded values, but are discarded.
[0021]
Also, as shown in FIG. 2B, when the error detection positions of the forward decoding result and the backward decoding result intersect, the decoding result in which no error is detected 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 but is discarded.
[0022]
Further, as shown in FIG. 2C, when an error is detected only in the 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). Abandon the decoding value for the code word at the error detection position, and use the decoding result in the reverse direction for the decoding value for the code word after that.
[0023]
Further, when an error is detected in both the forward decoding result and the backward decoding result for the same code word as shown in FIG. 2D, the code word at the error detection position is the same as in FIG. The decoding value for is discarded and the decoding result in the reverse direction is used as the decoding value for the subsequent codeword.
[0024]
The codeword table creation unit 101 creates a codeword table of codes that can be decoded both in the forward direction and the backward direction based on the occurrence probability of the information symbols. The codeword table created by the codeword table creation unit 101 is sent to the codeword table 102 in the coding unit 114, the forward codeword table 110 and the backward codeword table 112 in the decoding unit 115. The forward decoding tree creation unit 111 creates a forward decoding tree from the forward codeword table 110. The backward decoding tree creation unit 113 creates a backward decoding tree from the backward codeword table 112.
[0025]
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the codeword table creation unit 101. The code selection unit 21 receives information on the occurrence probability of the information symbol, selects a code system having the smallest average code length from the code systems that can be selected based on this information, and sends the selection result to the code word 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 configuration 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 the reverse direction to the forward direction is sent to the reverse codeword table 112 in the decoding unit 115.
[0026]
In the code selection unit 21, the input information symbols are rearranged in descending order of occurrence probabilities to be S = {S1, S2,..., Sn}, and the occurrence probabilities P = {p1, p2,. pn}, from the configurable code set C,
[Expression 1]

A code c satisfying the above is selected. Here, Li is a code length that can be calculated by the weight of the code word given from the code word construction unit 22. The code word weight in this case refers to the number of “1” or “0” in the code word.
[0027]
Hereinafter, a method for constructing a code word in the code word construction unit 22 will be described.
[0028]
FIG. 4 shows an example of how to create a binary code sequence having a constant weight as a basis of the variable length code according to the present embodiment. As shown in FIG. 4A, a grid-shaped directed graph from the start point to the end point is formed. When the route from the start point to the end point is traced with respect to the directed graph, “0” is selected when the left route is selected, and “1” is selected when the right route is selected. 2 is generated. In this example, a binary code sequence having a code length of 5 bits and a weight (number of “1” s) 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 for selecting n from w. Here, the number of combinations for selecting two from five = 10 binary code sequences exist.
[0029]
FIG. 5 shows a first method of constructing a codeword of a variable length code (hereinafter referred to as a reversible code) that can be decoded both in the forward direction and in the reverse direction in the codeword construction 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 a reversible code is constructed by adding “1” to the beginning and end of each binary code sequence and assigning 0 to the shortest code. This reversible code always starts with a code “0” for the information symbol A, and a code “1” for the other information symbols B to J, and when all three “1” appear. The code configuration is such that the code ends, that is, the code delimiter (code length) is known.
[0030]
The necessary and sufficient condition for a 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 decoding tree and the backward decoding tree. is there. The leaf of the decoding tree means the end of the decoding tree, that is, a place where there is nothing ahead of it. For example, in the variable length code of FIG. 5, the codewords corresponding to all the information symbols A to J are applied to the leaves of the forward decoding tree shown in FIG. Since it is also assigned, it can be understood that decoding is possible both in the forward direction and in the reverse direction.
[0031]
The parameters of the codeword construction method of the variable length code 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 the weight as a natural number w of 2 or more. be able to. Of course, it is the same when the bit is inverted and the number “0” is considered as a weight.
[0032]
FIG. 7 shows a second configuration method of the codeword of the reversible code in the codeword configuration unit 22. First, as shown on the left side of FIG. 7, the weight (number of “1” s) is constant (in this case, 1) only by (information symbol / 2) in order of increasing code length 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 the end of each binary code sequence, and as shown on the right side of FIG. Add words.
[0033]
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 is such that the code ends when four symbols at the beginning of each code appear, that is, the code configuration in which the code delimiter (code length) is known.
[0034]
In the variable-length code of FIG. 7, the codewords corresponding to all the information symbols A to J are also present in the forward decoding tree leaf shown in FIG. 8A and the backward decoding tree leaf in FIG. 8B. Since it is assigned, it can be seen that decoding is possible both in the forward direction and in the reverse direction.
[0035]
FIG. 9 shows a third configuration method of the codeword of the reversible code in the codeword configuration unit 22. This reversible code has a code configuration in which the number of “0” and “1” is the same, so that the code length of the code word can be known. That is, consider the grid-shaped directed graph shown in FIG. 9 (a). For this directed graph, start from the start point and select “0” when the left route is selected, and “1” when the right route is selected. Correspondingly, a path that reaches a black circle point on the diagonal line passing through the start point is generated as a code word.
[0036]
In this case, codewords corresponding to all the information symbols A to J are assigned to both the forward decoding tree leaf shown in FIG. 10A and the backward decoding tree leaf shown in FIG. It can be seen that decoding is possible both in the direction and in the reverse direction.
[0037]
Next, the reversible code shortening method 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 finite, it is possible to shorten a part of the codes of the variable length code. Here, shortening means shortening the code length of some codes without increasing the code length of other codes. FIG. 11 shows an example of a reversible code shortening method.
[0038]
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 code word corresponding to the information symbols G, H, I, and J is deleted. . By utilizing this, the code lengths of the four code words corresponding to the information symbols G, H, I, and J are shortened in FIG.
[0039]
In the variable length code shown in FIG. 11, the codewords corresponding to all the information symbols A to J are decoded in the reverse direction of FIG. 12B even in the forward decoding tree leaves shown in FIG. Since it is also assigned to the leaves of the tree, it can be understood that decoding is possible in both the forward and backward directions.
[0040]
Next, a reversible code expansion method according to the present invention will be described with reference to FIG. The reversible code can be expanded by adding an equal-length code to at least one of the head and the tail of each code and expanding the number of code words having the same code length. In the example of FIG. 13, a 2-bit equal length code is added to the end of each reversible code shown on the left side. In this case, although the code length of each code of the reversible code is increased by 2 bits as a whole, the number of codewords having the same code length is expanded four times. In general, 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 is reduced to 2 ⁿ Can be doubled. 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.
[0041]
FIG. 14 shows a comparison of a reversible code obtained by performing variable-length coding according to the present invention on an information symbol which is an English alphabet, and a reversible code disclosed in a known example (Japanese Patent Laid-Open No. 5-300027). It is shown. The reversible code based on the present invention shown in FIG. 14 is an extended code by adding a 2-bit equal-length code at the end of the code when the weight of the code word is 0 in the method shown in FIG. It is.
[0042]
The reversible code based on the present invention is inferior to the Huffman code, which is the optimum variable length code that can be decoded only in the forward direction, but has an average code length shorter than that of the reversible code disclosed in the publicly known example, and is excellent. You can see that it has performance. This is because the reversible code of the known example 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, but in the present invention, without adding an extra bit, This is because the reversible code is constructed from the beginning, so that there are few useless bit patterns.
[0043]
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 of this embodiment is roughly composed of a codeword table creation unit 201, an encoding unit 213, a transmission system or storage system 205, and a decoding unit 214.
[0044]
Briefly explaining the functions of these units, the codeword table creation unit 201 creates a codeword table based on the occurrence probability of information symbols, sends it to the codeword table 202 in the coding unit 213, and further creates the codeword The codeword parameter of the table is 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 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 symbol.
[0045]
Next, the detailed configuration and operation of each part of the present embodiment will be described.
In the encoding unit 213, the input information symbol is input to the encoder 203. The codeword table 202 stores information symbols created in advance by the codeword table creation unit 201 in association with codewords of variable length codes. However, the codeword table 202 does not store codewords corresponding to all of the information symbols that can be input, but stores only codewords corresponding to some information symbols having a relatively high appearance frequency. It shall be. The encoder 203 selects a code word corresponding to the input information symbol from the code words stored in the code word table 202, and outputs the selected code word as encoded data.
[0046]
On the other hand, when an information symbol for which there is no code word corresponding to the code word table 202, that is, an information symbol with a relatively low frequency of appearance, is input to the encoding unit 213, a fixed length code corresponding to the information symbol is fixed length. It is created by the code encoding unit 204, and an escape code in the codeword table 202 is added to the beginning and end of the fixed-length code to form a codeword, which is output as encoded data.
[0047]
The encoded data output from the encoder 203 in the encoder 213 in this way is sent to the decoder 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.
[0048]
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 decoder 209, a fixed length decoding unit 210, a backward decoder 211, and a decoded value determination unit. First, the synchronization code detecting unit 206 detects the synchronization code from the encoded data input from the transmission system or the storage system 205, and stores the encoded data between the synchronization code and the synchronization code 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. In the decoded value determination unit 212, a decoded value is obtained from the decoding result (referred to as the forward decoded value) obtained by the forward decoder 209 and the decoded result (referred to as the backward decoded value) obtained from the backward decoder 211. And the final decoding result is output.
[0049]
FIG. 16 is a diagram showing a method of constructing a code word by adding an escape code to the beginning and end of a fixed-length code in the code word table creating unit 201 in FIG. As shown in FIG. 16 (a), the codeword created by the codeword table creation unit 201 is divided into three by the number of “1” appearing when the information symbol is other than “A”. Based on reversible codes that can be understood. This reversible code will be referred to as code (1).
[0050]
On the other hand, code (2) shown in FIG. 16 (b) uses code word “1011” corresponding to information symbol “C” of code (1) as an escape code to indicate the beginning and end of the fixed-length code. A code word formed by adding the beginning and end of a fixed-length code of bits 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 one less information is obtained by the code (1). Only codewords corresponding to symbols A to I are used. As is clear from comparison between FIGS. 16A and 16B, the number of information symbols that can be encoded in code (2) is increased from “10” to “17” in code (1).
[0051]
In order to decode such a code (2), as can be seen from FIGS. 16 (a) and 16 (b), the code (1) is always decoded once, whether it is decoded from the forward direction or the reverse direction. In addition, since the fixed-length code can be decoded from the forward direction and the reverse direction, if the code (1) can be decoded from the forward direction and the reverse direction, the code (2) can be decoded from the forward direction. Decoding is also possible from the reverse direction.
[0052]
In the case of the conventional reversible code, it is necessary to prepare all the codewords corresponding to information symbols that can be input as codeword tables in the encoding unit 213 and the decoding unit 214. On the other hand, according to code (2), the fixed-length code portion can be separately prepared as a fixed-length code encoding unit 204 and a fixed-length code decoding unit 210 as a 3-bit binary code. Only the code word of code (1) needs to be stored in the table 202. Therefore, compared with the conventional reversible code, it is possible to significantly reduce the storage amount of the variable length encoding / decoding device.
[0053]
The decoding graph / decoding value table creation unit 208 creates a decoding graph and a decoding value table based on the Shalkwijk algorithm, and the forward decoder 209 and the backward decoder 211 have the decoding graph and decoding. Decoding is performed based on the value table.
[0054]
FIG. 17 shows a method of counting binary code sequences with a constant weight. As an algorithm for enumerating binary code sequences having a constant weight, J.I. P. M.M. Shalkwijk: “An algorithm for source coding”, IEEE Trans. From Theory, vol. IT-18, no. 3, pp. 395-399, May 1972. Is well known as the Shalkwijk algorithm. In the Shalkwijk algorithm, as shown in FIG. 17A, a directed lattice graph from the START point to the END point is formed based on the “Pascal triangle”. The value indicated by a number 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 a Pascal triangle.
[0055]
In the directed graph of FIG. 17A, when the route from the START point to the END point is traced according to the input information symbol, the code word “0” is selected when the left route (arrow) is selected, and the right route is selected. When (arrow) is selected, a binary code sequence with a weight of 2 can be generated by associating codewords “1” with each other. Here, when “0” is selected, the sum of values obtained by subtracting the value of the node at the end of the arrow from the value of the node at the end of the arrow is the codeword of the same code length of the binary code sequence The order value for. For example, if the input information symbol is “01001”, it is the sum of the difference of the node values with respect to three “0” (1-1) + (3-2) + (4-3) = 2 is the order value. Here, the sequential value is a value for ordering codewords having the same code length. FIG. 17B shows the relationship between information symbols and order values in this case.
[0056]
An example in which the Shalkwijk algorithm is applied to encoding is known, and in this case, encoding is performed by converting a value corresponding to the above order value into a binary code. In contrast, in the present embodiment, this algorithm is used for decoding as described below.
[0057]
That is, the decoded graph / decoded value table creation unit 208 creates a directed graph as a decoded graph based on the above-described Sharkwijk algorithm. That is, this decoding graph is a directed graph in which the value determined by the Pascal triangle is the value of the node and the codewords “1” and “0” are arrows, and an example thereof is shown in FIG. FIG. 18B shows an example of a decoding value calculation method in the forward decoder 208 and the backward decoder 211 using this decoding graph.
[0058]
The code (1) shown in FIG. 16A is a reversible code whose delimiter is known at the point where three “1” s appear when the head is other than “0”. When calculating the decoding value of the reversible code of this code (1), the decoding value is set to 0 if the beginning of the reversible code is “0” in the forward direction, and “1” at the beginning and the end otherwise. Then, the order value is calculated by the Shalkwijk algorithm. The number of codewords having a code length shorter than that of the codeword to be decoded is now the sum of the values of the diagonal nodes to the right of the END point in FIG. 18 (a), so that the value is added to the order value. Becomes the decoded value.
[0059]
On the other hand, in the reverse direction, as in the case of the forward direction described above, first, if the head of the reversible code is “0”, the decoded value is set to 0. Otherwise, the head and end “1” are deleted, After inverting the remaining part, the order value is calculated with the algorithm of Shalkwijk. Then, a value obtained by adding this order value to the sum total of the nodes located diagonally to the upper right of the END point + 1 is used as a decoded value.
[0060]
Specifically, referring to FIGS. 18A and 18B, for example, if the codeword to be decoded of the reversible code is “10101”, first “1” at the beginning and end are deleted and “010” is obtained. To do. When the order value is obtained for the “010” by the Sharkwijk algorithm, (1-1) + (3-2) = 1 for two “0”. In this case, the sum of the values of the nodes on the diagonally upper right of the END point is 1 + 2 = 3. Therefore, the value +1 (= 4) is added to the order value (= 1), and the decoded value is obtained as 5.
[0061]
When decoding is performed using such a decoding graph, the amount of storage can be greatly reduced. FIGS. 19A and 19B are diagrams showing the difference in storage amount required between the conventional decoding method using the decoding tree and the decoding method using the decoding graph according to the present embodiment. Comparing both by the number of nodes, the number of arrows coming out from each node is the same with two, but the number of arrows entering each node is always one in the decoding tree of FIG. 19 (a). . On the other hand, in the case of the decoding graph of FIG. 19B, since two arrows enter each node, the total number of nodes required for the same codeword is reduced accordingly. In this example, the decoding tree of FIG. 19A requires 15 nodes, whereas the decoding graph of FIG. 19B only requires 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 the method using the conventional decoding tree.
[0062]
Further, in this embodiment, in order to decode the code (2) with the escape code shown in FIG. 16B, 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 the code (1), the decoded value table of the fixed length code is read. For example, when the code word is “10110011011”, if the leading “1011”, that is, the escape code is decoded, the next 3 bits “001” are regarded as a fixed-length code and are 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 decoding result is the information symbol “K” from the decoded value table of the fixed length code in FIG.
[0063]
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 in which the above-described variable length encoder / decoder is incorporated.
[0064]
In the moving image encoder 709 shown in FIG. 21A, the data encoded by the information source encoder 702 is subjected to variable length encoding, channel encoding, multiplexing, and the like by the moving image multiplexing unit 703. Then, the transmission rate is smoothed by the transmission buffer 704, and then sent to the transmission system or storage system 705 as encoded data. The encoding control unit 701 controls the information source encoder 702 and the moving image multiplexing unit 703 in consideration of the buffer amount of the transmission buffer 704.
[0065]
On the other hand, in the moving picture decoder 710 shown in FIG. 21B, the encoded data from the transmission system or storage system 705 is temporarily stored in the reception buffer 706, and the moving picture multiplexing / separating unit 707 stores the encoded data. After demultiplexing, channel code decoding and variable length code decoding are performed, they are sent to the information source decoder 708 to finally decode the moving image.
[0066]
FIG. 22 shows the syntax of the moving picture coding method in the moving picture encoder 709 and the moving picture multiplexing / separating unit 707 in FIG. In the picture layer shown in FIG. 22A, information other than DCT coefficients such as macro block mode information, motion vector information, and INTRA DC is arranged in the upper layer, and DCT coefficient information is arranged in the lower layer. The reversible code according to the present invention is applied to the lower layer portion.
[0067]
23A and 23B are block diagrams showing more detailed configurations of the moving image multiplexing unit 703 and the moving image multiplexing / separating unit 707 in FIG. In the moving picture multiplexing unit 703 shown in FIG. 23A, among the encoded data from the information source encoder 702 in FIG. 21, other than DCT coefficients such as mode information, motion vector information, and INTRADC of macroblocks. The upper layer variable length encoder 901 performs normal variable length coding as the upper layer, and then the upper layer channel encoder 902 further performs error correction detection with high redundancy but high correction capability. The channel is encoded by the code and sent to the multiplexing unit 905.
[0068]
On the other hand, of the encoded data from the information source encoder 702, the DCT coefficient is encoded into a reversible code by the lower layer variable length encoder 903, and further an error with less redundancy by the lower layer channel encoder 904. After being channel-coded with the correction detection code, it is sent to the multiplexing unit 905. Multiplexer 905 multiplexes the upper layer encoded data and the lower layer encoded data, and sends the multiplexed data to transmission buffer 704.
[0069]
In the moving picture multiplexing / separating unit 707 shown in FIG. 23B, first, the encoded data from the reception buffer 706 is separated into an upper layer and a lower layer by the multiplexing / separating unit 906. The upper layer encoded data 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.
[0070]
The lower layer variable length decoder 910 decodes the reversible code and sends the decoding result to the information source decoder 708 and the upper layer variable length decoder 909. The upper layer variable length decoder 909 decodes the variable length code that is the encoded data of the upper layer and rewrites the encoded result based on the decoding result of the lower layer variable length decoder 910.
[0071]
Here, the lower layer variable length encoder 903 in FIG. 23A is the same as the encoder 213 in FIG. 15, and the lower layer variable length decoder 910 in FIG. 23B is the decoder in FIG. Each corresponds to the conversion unit 214.
[0072]
As seen in the moving picture 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, It is necessary to enable decoding from both directions in terms of syntax. In the present embodiment, this requirement is realized by using a codeword table described below.
[0073]
24 to 28 show an example of a codeword table of DCT coefficient variable-length codes used in the lower layer variable-length encoder 903. FIG. 29 shows a codeword table of escape codes.
[0074]
The information source encoder 702 performs intra-block scanning for the block of 8 × 8 DCT coefficients after quantization, and LAST (0: non-zero coefficient not at the end of the block, 1: last non-zero at the block) Coefficient), RUN (number of zero runs up to non-zero coefficient) and LEVEL (absolute value of coefficient) are obtained and sent to the video encoder 709.
[0075]
The lower layer variable length encoder 903 in the moving image encoder 709 is a non-LAST coefficient corresponding to a reversible code (VLC_CODE) corresponding to the INTRA and INTER non-LAST coefficients shown in FIGS. The codeword table (first codeword table) and the LAST coefficient codeword table (second codeword table) in which the reversible code (VLC_CODE) is associated with the INTRA and INTER LAST coefficients shown in FIGS. Codeword table). Based on the mode information, encoding is performed by selecting an INTRA non-LAST coefficient and a LAST coefficient codeword table for INTRA, and an INTER non-LAST coefficient and a LAST coefficient codeword table for INTER, respectively. In FIG. 26 to FIG. 27, “S” of the last bit of VLC_CODE represents the sign of LEVEL. When “S” is “0”, the sign of LEVEL is positive, and when it is “1”, it is negative.
[0076]
In addition, for 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, escape codes are added to the beginning and end of this fixed-length code, and Encoding is performed so that the last bit can distinguish between positive and negative of the LAST coefficient and LEVEL. FIG. 28 is a code word table of this escape code, and “t” of the last bit of VLC_CODE used as the escape code indicates whether or not it is a LAST coefficient when added to the head of the fixed-length code. When it is “0”, it is a non-LAST coefficient, and when it is “1”, it is a LAST coefficient. “T” represents a LEVEL code when added to the end of a fixed-length code. When this is “0”, the LEVEL code is positive, and when it is “1”, it is negative.
[0077]
FIG. 30 shows an example of encoded data in the present embodiment. As shown in the figure, when decoding is performed from the forward direction in the lower layer, the end of the block can be determined because the last coefficient code always exists at the end of the 8 × 8 pixel DCT coefficient block. it can. On the other hand, when decoding from the reverse direction, the head of a block can be determined by the appearance of the sign of the LAST coefficient of the previous block with one address. In this code, since the LAST coefficient is shared between the INTRA mode and the INTER mode, the head of the block can be determined even if a mode exists for each macro block.
[0078]
For the first block of the lower layer, a dummy LAST coefficient is encoded in advance at the beginning of the lower layer by the lower layer variable length encoder 903 or the next frame is processed by 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 and compared with the number of bits decoded, or at the beginning of the lower layer in the buffer in the lower layer variable length decoder 910 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.
[0079]
The reversible codes stored in the codeword tables shown in FIGS. 24 to 27 are read until the first 1 bit is “0” and two “0” appear in the forward direction. For example, it can be seen that two “1” s are read until the next one appears, and the next one bit is the last bit indicating the positive or negative of LEVEL. In the reverse direction, the first 1 bit indicates the positive or negative of LEVEL. If the next 1 bit is “0”, it is read until two “0” s appear, and if it is “1”, “1”. You can read until two appear.
[0080]
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. With respect to the encoded data excluding the first bit and the last two bits of the code word when viewed from the forward direction, a decoded value can be calculated from this decoding graph.
[0081]
In the decoding graph, if the first bit is “0”, the right arrow is advanced when “0” appears, and the left arrow is advanced when “1” appears. If the first bit is “1”, the right arrow is advanced when “1” appears, and the left arrow is advanced when “0” appears.
[0082]
To obtain the sequence value for binary code sequences of the same code length, the value of the starting node is subtracted from the node value at the end point of the arrow when the left arrow is selected according to the previously described Shalkwijk algorithm. The total value of the obtained values may be used as the order value with the code length.
[0083]
On the other hand, in order to obtain the decoded value, if the first bit is “0”, the decoded value may be a value obtained by adding twice the total value of the values of the nodes at the upper right of the terminal node to the order value. . If the first bit is “1”, the decoded value may be a value obtained by adding twice the sum of the values of the nodes on the upper right of the terminal node and the value of the terminal node plus the order value.
[0084]
For example, if the code string to be decoded is “0110101”, first, it is set to “1101” excluding the first 1 bit and the last 2 bits as 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 mark 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”, adding 1 to 2 times (1 + 2 + 3) × 2 = 12 of the total number of nodes diagonally right above the terminal node yields 13 and the decoded value of this codeword is 13 Will be.
[0085]
FIGS. 32 to 34 are examples of the decoded value table used in the lower layer variable length decoder 910. FIGS. 32 to 33 show non-last coefficients corresponding to non-last coefficients of INTRA and INTER, RUN, and LEVEL. FIGS. 34A and 34B are LAST coefficient decoded value tables in which the decoded values are associated with INTRA and INTER LAST coefficients, RUN, and LEVEL. FIG. 35 is a decoded value table of escape codes.
[0086]
In this example, for example, as shown 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 shows that LEVEL is negative. Furthermore, as can be seen in FIG. 35, when the decoded value 41 is decoded, it is determined that the escape code has been decoded. The last bit of the escape code is determined to be a LAST coefficient or a non-LAST coefficient, and the fixed-length code decoding unit 210 decodes the absolute value of RUN and LEVEL for the subsequent 13 bits, and then the escape code is decoded again. The sign of LEVEL is determined by the last bit.
[0087]
As an example, consider a case where the code string to be encoded is “110000010000111000101111000010”. In this case, since the last bit of the first escape code “11000010” is “0”, the non-LAST coefficient is calculated, and the subsequent 13-bit fixed length code is calculated. Of these 13 bits, the upper 6 bits represent RUN. Therefore, “000111” indicates that RUN is 7, and the lower 7 bits indicate the absolute value of LEVEL. Therefore, “0001011” indicates that the absolute value of LEVEL is 12, and the escape code “ Since the last bit of “11000010” is “0”, LEVEL can be positively decoded.
[0088]
In the decoding value determination unit 212, the decoding result (referred to as the forward decoding result) obtained by the forward decoder 209 in this way and the decoding result (referred to as the backward decoded value) obtained by the backward decoder 211. ) To determine the decoded value and output the final decoded result. In other words, if there is an error in the encoded data, the decoded value determination unit 212 generates a decoding result of the lower layer communication path decoder 908 or a bit pattern that does not exist as a code word, so that the existence of the error is known. Therefore, the decoded value is determined as shown in FIG. 36 from the forward decoding result and the backward decoding result. FIG. 36 shows a decoded value determination method for the lower layer.
[0089]
First, as shown in FIG. 36 (a), when the position of the macroblock in which an error is detected (error detection position) does not intersect between the forward decoding result and the backward decoding result, the macroblock in which no error is detected is detected. Only the decoding result is used as a decoding value, and the decoding results at the two error detection positions are not used as decoding values. Based on the decoding result of the higher layer mode information, the higher layer decoding result is displayed so that the previous frame is displayed as it is for the INTRA macroblock, and only motion compensation is displayed for the INTER macroblock from the previous frame. Rewrite.
[0090]
Also, as shown in FIG. 36 (b), when the error detection position intersects in the forward decoding result and the backward decoding result, the decoding result in which no error is detected in both 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 decoding value, and the previous frame is displayed as it is for the INTRA macroblock based on the decoding result of the higher layer mode information. As described above, the decoding result of the upper layer is rewritten so that the INTER macroblock is displayed only by motion compensation from the previous frame.
[0091]
In addition, as shown in FIG. 36C, when an error is detected only in the one-way decoding result among the forward decoding result and the backward decoding result (in this example, only the forward decoding result is detected). The macroblock at the error detection position is not used as a decoded value, and the previous frame is displayed as it is for the INTER macroblock so that the previous frame is displayed as it is for the INTRA macroblock based on the decoding result of the higher layer mode information. The decoding result of the upper layer is rewritten so that the frame is displayed only with motion compensation. Subsequent decoding values for the macroblocks use decoding results in the reverse direction.
[0092]
Furthermore, 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 decoded 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 higher layer mode information, the previous frame is displayed as it is for the INTRA macroblock, and the motion compensation is displayed only for the INTER macroblock with motion compensation 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.
[0093]
The encoding / decoding order of the macroblocks may be a method other than the above embodiment. For example, when there is an error, FIG. The order may be as shown. That is, assuming that decoding is performed from both directions, there is a high probability that the first part and the last part of the encoded data between the synchronization code and the synchronization code are correctly decoded. The order is determined so that is in the center.
[0094]
In the above embodiment, the present invention is applied to variable length coding of DCT coefficients, but it goes without saying that the same variable length coding can be applied to other information symbols.
In the above embodiment, only the binary code has been discussed. However, it can be easily extended to a multiple code, and the same effect can be obtained.
[0095]
Finally, as an application example of the present invention, an embodiment of an image transmitting / receiving apparatus to which the variable length coding / 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, a prediction error signal that is a difference between an input image signal or an input image signal and a 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 encoded data output from the variable-length encoding apparatus is multiplexed with other audio and data information, then transmitted wirelessly by the wireless device 1003 and received by the other wireless device 1004. A 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 encoded data of the image signal is decoded by a variable length code decoding device incorporated in the workstation (EWS) 1005 and displayed on the display of the EWS 1005.
[0096]
On the other hand, an image signal input from a camera 1006 provided in the EWS 1005 is encoded in the same manner as described above by using a variable length encoding device incorporated in the EWS 1006. The encoded data is multiplexed with other audio and data information, transmitted wirelessly by the wireless device 1004, and received by the wireless device 1003. A signal received by the wireless device 1003 is decomposed into encoded data of an image signal and information of voice and data. Among these, the encoded data of the image signal is decoded by a variable-length code decoding device incorporated in the PC 1001 and displayed on the display of the PC 1001.
[0097]
The variable length coding / decoding apparatus of the present invention has a code length corresponding to the appearance frequency of information symbols, is less efficient than the conventional bit pattern, and is efficient, and forward and backward. In addition, since a reversible variable-length code that can be decoded can be configured, it is particularly effective in a transmission / reception apparatus using a transmission path with many errors such as the wireless transmission path shown in FIG.
[0098]
As described in the above embodiments, the variable length coding / decoding device of the present invention can decode with a small storage amount compared to the conventional information symbol, which cannot be applied conventionally. The present invention can also be applied to encoding with a large number.
[0099]
Specifically, the present invention can be applied to a moving image encoding / decoding device, and a moving image encoding / decoding device that is resistant to errors can be provided.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a variable-length decoding method and apparatus that can be decoded both in the forward direction and in the reverse direction, and that is highly practical in terms of encoding efficiency and storage capacity required for the apparatus. Can be provided.
[0101]
That is, a plurality of codewords configured to be decodable in the forward direction and in the reverse direction and whose code delimiters are identified by the number of codewords “1” or “0” are stored in association with information symbols. A codeword table is configured, and a variable-length code with little wasted bit pattern and good coding efficiency can be decoded using this codeword table.
[0102]
In addition, the code length can be determined by the number of codewords “1” or “0”, and a Pascal codeword for variable-length codewords composed of codewords that can be decoded from both forward and backward directions. An information symbol is obtained by calculating a decoded value by a directed graph (decoding graph) in which a value determined by a triangle is a node value and an arrow from each node to the next node is associated with “1” and “0” of the codeword Even when the number is large, the variable length code can be decoded with a small storage amount.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a variable-length encoding / decoding device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of a decoded value determination unit in FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram of a codeword table creation unit in FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a method for creating a binary code sequence having a constant weight as a basis of a variable length code according to the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a first codeword construction method in the codeword construction unit in FIG. 3;
FIG. 6 is a diagram showing forward and backward decoding trees created from codewords constructed by the first code construction method;
7 is a diagram showing a second codeword configuration method in the codeword configuration unit in FIG. 3;
FIG. 8 is a diagram illustrating forward and backward decoding trees created from codewords configured by the second code configuration method;
FIG. 9 is a diagram showing a third code configuration method in the code word configuration unit in FIG. 3;
FIG. 10 is a diagram illustrating forward and backward decoding trees created from codewords configured by the third code configuration method;
11 is a diagram showing a code shortening method in the code word configuration unit in FIG. 3;
FIG. 12 is a diagram illustrating forward and backward decoding trees created from codewords shortened by a code shortening method;
FIG. 13 is a diagram showing a code expansion method in the code word configuration unit in FIG. 3;
FIG. 14 is a diagram comparing the characteristics of the variable-length code configured in the present embodiment and the variable-length code of a known example.
FIG. 15 is a block diagram showing a configuration of a variable-length encoding / decoding device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a diagram showing a code configuration method in the code word configuration unit in FIG. 15;
FIG. 17 is a diagram illustrating a method of counting binary sequences having a constant weight.
FIG. 18 is a diagram showing operations of the forward decoder and the backward decoder in FIG. 15;
FIG. 19 is a diagram showing a comparison between a conventional decoding tree and a decoding graph in the present embodiment.
FIG. 20 is a diagram for explaining a decoded value table in the embodiment;
FIG. 21 is a block diagram showing a schematic configuration of a moving image encoder / decoder incorporating a variable-length encoder / decoder according to the present invention.
FIG. 22 is a view showing the syntax of encoded data in the video encoder / decoder according to the embodiment;
23 is a block diagram showing a configuration of a moving image multiplexing unit and a moving image multiplexing / separating unit in FIG. 21.
FIG. 24 is a diagram showing a part of a codeword table of INTRA and INTER non-LAST coefficients in the same embodiment;
FIG. 25 is a diagram showing another part of the codeword table of INTRA and INTER non-LAST coefficients in the embodiment;
FIG. 26 is a diagram showing a part of a codeword table of INTRA and INTER last coefficients in the embodiment;
FIG. 27 is a diagram showing another part of the codeword table of INTRA and INTER last coefficients in the embodiment;
FIG. 28 is a diagram showing a code word table of escape codes in the embodiment;
FIG. 29 is a diagram showing a codeword encoding method not in the codeword table in the same embodiment;
FIG. 30 is a view showing an example of encoded data in the embodiment;
FIG. 31 is a view showing a decryption graph in the same embodiment;
FIG. 32 is a view showing a part of a decoded value table of INTRA and INTER non-LAST coefficients in the embodiment;
FIG. 33 is a diagram showing another part of the decoded value table of INTRA and INTER non-LAST coefficients in the same embodiment;
FIG. 34 is a view showing a decoded value table of INTRA and INTER LAST coefficients in the embodiment;
FIG. 35 is a view showing a decoded value table of escape codes in the embodiment;
36 is a diagram for explaining the operation of the decoded value determination unit in FIG. 15;
FIG. 37 is a diagram showing the encoding / decoding order of macroblocks in the embodiment;
FIG. 38 is a diagram showing an example of an apparatus in which the variable-length encoding / decoding apparatus according to the present invention is incorporated.
FIG. 39 is a diagram illustrating a general decoding method for a reversible code;
FIG. 40 is an explanatory diagram of a normal variable length code.
FIG. 41 is an explanatory diagram of a conventional reversible code.
[Explanation of symbols]
101: Codeword table creation unit
102: Codeword table
103 ... Encoder
104 ... transmission system or storage system
105 ... Synchronization code detector
106: Buffer
107: Forward decoder
108. Reverse decoder
109: Decoded value determination unit
110 ... Forward decoded word table
111 ... Forward decoding tree creation unit
112. Reverse codeword table
113... Reverse decoding tree creation unit
114: Encoding unit
115: Decoding unit
21: Code selection unit
22: Codeword component
201: Codeword table creation unit
202 ... codeword table
203 ... Encoder
204: Fixed-length code encoding unit
205 ... Transmission system or storage system
206 ... Synchronization code detector
207 ... Buffer
208: Decoding graph / decoding value table creation 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 system or storage system
706: Receive buffer
707: moving image multiplexing / separating unit
708 ... Information source decoder
709: Video encoder
710 ... moving picture decoder
901 ... Lower layer variable length decoder
902 ... Upper layer channel encoder
903: Lower layer variable length encoder
904: Lower layer channel encoder
905 ... Multiplexing unit
906: Demultiplexing unit
907 ... upper layer channel decoder
908: Lower layer channel decoder
909: Upper layer variable length decoder
910 ... Lower layer 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 variable-length code words corresponding to input quantized DCT coefficients,
Different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization of a plurality of codewords that can be decoded in both forward and reverse directions, and a code having a level of the quantized DCT coefficient added to the last bit In the codeword table stored corresponding to each of the codewords, codewords corresponding to the combination of the last quantized DCT coefficient, the run, and the level are stored from the codeword table. Select the codeword corresponding to the combination and receive the encoded data that is output,
If the codeword table does not store a codeword corresponding to the combination of the last quantized DCT coefficient to be input and the run and level, the input quantized DCT coefficient run and Encoding that outputs a codeword consisting of a combination of a fixed-length code corresponding to a level and a specific codeword that can be decoded in both the forward and backward directions and the code of the level is added to the last bit Receive data,
A variable length decoding method, wherein the encoded data is decoded using a decoded value table storing decoded values corresponding to different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization. 2. The variable length decoding method according to claim 1, wherein the codeword is configured such that a delimiter of the codeword can be recognized by a predetermined number of “1” or “0”. In a variable-length decoding device that decodes encoded data composed of variable-length code words corresponding to input quantized DCT coefficients,
Different combinations of last, run, and level of DCT coefficients after quantization of a plurality of codewords that can be decoded in both the forward and backward directions, and the code of the level of the quantized DCT coefficient is added to the last bit If the codeword table corresponding to the combination of last, run, and level of the input quantized DCT coefficient is stored in the codeword table stored corresponding to each of the Means for receiving encoded data output by selecting a codeword corresponding to the combination;
If the codeword table does not store the codeword corresponding to the combination of the last, run, and level of the inputted DCT coefficient after quantization, the run of the inputted DCT coefficient after quantization and Coding that outputs a codeword consisting of a combination of a fixed-length code corresponding to a level and a specific codeword that can be decoded in both forward and backward directions, with the code of the level added to the last bit Means for receiving data;
Means for decoding the encoded data using a decoded value table storing decoded values corresponding to different combinations of the last, run, and level of the DCT coefficient after quantization. Decoding device. 4. The variable length decoding apparatus according to claim 3, wherein the codeword is configured such that a delimiter of the codeword can be recognized by a predetermined number of “1” or “0”.

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