JP4313757B2 - 画像および/またはビデオ符号器と復号器における変換係数を符号化するための方法と装置および対応するコンピュータプログラムと対応するコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体 - Google Patents
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Description
coefficients)を符号化するための方法と装置、および対応するコンピュータプログラムと対応するコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体に関するものであり、特にこれらは、ビデオ符号化の分野における変換係数のバイナリ算術符号化(非特許文献1、H264/AVC説明内CABAC(コンテキスト適応型バイナリ算術符号化)を参照)のための新規かつ効率的な方法として使用可能なものである。
coding)とその後のマッピングを用いて可変長符号語へと符号化される。
−各符号化の事象について整数長さを有する符号語のみが関連づけられることができ、0.5より大きな確率を有する事象の効率的な符号化は実行されることができない。
−符号化の事象を可変長符号語にマッピングするために、1つのブロック内の全ての変換係数に対し1つの固定的なテーブルを使用することは、位置または周波数に依存するシンボル統計を考慮していない。
−現実に存在するシンボル統計に対する適応が不可能である。
−シンボル相互間に存在する重複について有効利用がなされていない。
−第1、第2、第3事象(LAST,RUN,LEVEL)/ESCAPEのために各々1つずつ
−変換係数のブロックの、次の事象(LAST,RUN,LEVEL)/ESCAPEの全てのためにもう1つ
−ESCAPE事象の後に符号化されるシンボルLAST,RUN,LEVELのためにも各々1つずつ使用されている。
−非整数長さを有する符号語が符号化事象に関連付けられることができるという算術符号化の長所は、フォーム(LAST,RUN,LEVEL)の結合型の事象を使用することで、符号化効率に影響を与えることがほとんどない。
−異なる確率分布を使用することによる長所は、現実に存在するシンボル統計に対する適応が不可能であるという事実により、消去されてしまう。
−1つのブロック内の有意係数の数と、変換係数ベクトルの終点において量子化されて1となる後続の係数の数との両方は、1つのシンボルCOEFF_TOKENにより決定される。ブロックタイプと、隣接するブロックのために既に符号化/復号化されたこれらシンボルCOEFF_TOKENとに依存して、符号化のために、5つの定義された符号語テーブルから1つのテーブルが選択される。
−係数ベクトルの終点において量子化されて1となる変換係数のために、たった1個のビットが正負符号(sign)を特定するために変換され、他方、残りの有意変換係数の値(レベル)は、逆のスキャン順序で結合型接頭接尾符号語(combined prefix suffix code word)により符号化される。
−もし有意変換係数の数が対応するブロックのための変換係数の数よりも小さいときは、あるシンボルTOTAL_ZEROSが符号化されるであろう。これは、係数ベクトルの中では最後の有意係数の前に位置し、量子化されてゼロになる変換係数の数を表すものである。このために、18個の符号語テーブルが明記されてあり、これらは有意係数の数とブロックタイプとに依存して切り替えられる。
−有意係数の前に位置する、量子化されてゼロになる(無意の)変換係数のランレングス(RUN)は、各有意変換係数のために逆のスキャン順序で符号化される。この符号化は、既に符号化されたRUNの合計がシンボルTOTAL_ZEROSよりも小さい限り実行される。シンボルTOTAL_ZEROSと、既に符号化/復号化されたRUNとに依存して、7個の符号語テーブルの間における切り替えが実行される。
−異なる符号語テーブルの間での切り替えは、既に符号化/復号化されたシンボルに基づいて実行されるが、符号語テーブルは実際のシンボル統計に適応させることができない。
−可変長符号語を使用することで、0.5より大きいシンボル確率を有する事象は、効率的に符号化されることができない。この制限は特に、異なるモデル確率分布の間での切り替えのための適切なコンテキストの構築を可能にするような、より小さな値領域を有するシンボルの符号化を妨げることになる。
T. Wiegand, G. Sullivan 著、「合同ビデオ国際規格最終草案(FDIS)」ITU−T(国際電気通信連合−電気通信標準化部門)のH.264検討部会とISO/IEC 14496−10 AVC(国際標準化機構−動画像符号化部門)とで構成される合同検討チーム(JTV−G050)により2003年3月発行 動画像および付帯音響情報の包括的符号化−パート2:ビデオ」ITU−T推奨H262−ISO/IEC13818−2(MPEG−2)、ITU−TとISO/IEC JTC1とにより1994年11月発行 「低ビットレート通信のためのビデオ符号化」ITU−T推奨H263、ITU−Tにより1995年11月第1版発行、1998年1月第2版発行 「視聴覚対象物の符号化−パート2:視覚対象物」ISO/IEC 14496−2(MPEG−4、visual 第1版)、ISO/IEC JTC1により1999年4月発行;2000年2月補正1(第2版)発行;2001年1月補正4(streamingprofile)発行 C.A. Gonzales 著「モーションシーケンスのDCT符号化および算術的符号器」ISO−IEC/JTC1/SC2/WG8,MPEG89/187、1989年発行
−スキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の上記ブロック内での位置を示す有意性マッピングを算術的に符号化するステップと、次に、
−上記ブロック内の最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の値(レベル)を算術的に符号化するステップと、を用いる。
−スキャン順序で、上記有意変換係数の上記ブロック内での位置を決定し符号化する手段と、
−上記ブロック内の最後の有意変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記有意変換係数の値(レベル)を決定し符号化する手段とを用いる。
−スキャン順序で、有意変換係数のブロック内での位置を決定し符号化するステップと、次に
−上記ブロック内の最後の有意変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記有意変換係数の値(レベル)を決定し符号化するステップと、を用いて実行する。
−スキャン順序で、有意変換係数のブロック内での位置を決定し符号化するステップと、次に
−上記ブロック内の最後の有意変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記有意変換係数の値(レベル)を決定し符号化するステップと、を用いて実行する。
−変換係数の2次元ブロックがスキャンプロセスによって1次元ベクトルへとマッピングされる。
−公知の方法で使用されるEOBシンボル、LASTシンボルまたは変換カウンタ(有意係数の数)、およびRUN(スキャン順序における無意係数の数)のシンタックス要素は、1ビットのシンボルCBP4と有意性マッピングとによって置換される。
−レベル(有意係数の絶対値)は、逆のスキャン順序で符号化される。
−コンテキストモデリングは新規な方法で実行される。
図1は本発明の符号化方法に従う変換係数符号化の基本原理を説明するものであり、
図2は有意性マッピングを符号化するための2つの例を示しハッチングで記載したシンボルは変換されない)、
図3は変換係数の絶対値(ABS)のためのバイナリゼーション(二値化)を示し、
図4はH.264/AVC規格のためのブロックタイプとその分類を示し、
図5は1ビットシンボルCBP4のためのコンテキストモデリングを示し、
図6は有意変換係数の絶対値を符号化するためのコンテキストモデリングの例を示す。
1.1 変換係数のスキャニング
各ブロックの変換係数は、スキャンプロセス(例えばジグザグスキャン等)によってベクトルにマッピングされる。
CBP4とは、あるブロック内に有意変換係数(非ゼロの変換係数)があるか否かを示す1ビットのシンボルである。もしCBP4シンボルがゼロであれば、当該ブロックのためにさらなる情報が変換されることはないであろう。
もしCBP4シンボルが、当該ブロックに有意係数が含まれると示す場合には、有意性マッピングが符号化されるであろう。これは、スキャン順序で各係数に対して1ビットシンボル(SIG)を変換することで実行される。もし対応する有意シンボルが1(有意係数)であれば、もう1つの1ビットシンボル(LAST)が変換されるであろう。このシンボルは、現在の有意係数がブロック内の最後の有意係数か否か、あるいは、さらなる有意係数が後に続くか否かを示す。図2は有意性マッピングを符号化する方法の2つの例を示す。有意性情報(SIG,LAST)は、ブロックの最後のスキャン位置に対しては変換されないであろう。もし、有意性マッピングの変換が、1というLASTシンボルによって未だ終了されていない場合には、最後のスキャン位置にある係数が有意であるということが自明となる(図2のハッチングで示す位置を参照)。
ブロック内での有意変換係数の位置は、有意性マッピングによって明確に示される。係数の正確な値(レベル)の符号化は、2つの符号化シンボル、即ち、ABS(係数の絶対値)とSIGN(係数の正負符号)によって実行される。SIGNは1ビットシンボルを表現するが、係数の絶対値(ABS)の符号化には、図3に示すバイナリゼーションが使用される。インターバル[1〜14]内の係数絶対値に関しては、このバイナリゼーションは単項バイナリゼーションに対応する。14よりも大きい係数絶対値のためのバイナリゼーションは、14個の1からなる接頭部と、シンボル(ABS−15)のための0次の指数ゴロム符号を表す接尾語とで構成される。バイナリゼーションは、ゼロに等しい係数絶対値(ABS)を表すための表現を含まない。なぜなら、有意係数(非ゼロの係数)は常に1以上の絶対値(ABS)を有するからである。
一般に、変換係数ブロックのタイプが異なる場合、画像および/またはビデオ符号化システムを考慮する際には区別される。よって、異なる統計(図4の表の左コラムを参照)を有する変換係数ブロックのタイプは、非特許文献1のH.264/AVC規格の現在の「国際規格最終草案(FDIS)」においては、例えば12個存在することになる。しかし、多くの画像シーケンスおよび符号化条件に関しては、これらの統計のいくつかは近似している。使用されるコンテキストの数を小さく保つために、また、コンテキストが画像シーケンスの統計へ素早く適応できるように、H.264/AVC規格におけるブロックタイプは、例えば5個のカテゴリ(図4の表の右コラムを参照)に分類されることができる。他の画像および/またはビデオ符号化システムについても、同様の分類が可能である。H.264/AVC規格の場合、5個のカテゴリのそれぞれについて、個別の数のコンテキストがシンボルCBP4,SIG,LAST,ABSのために使用される。
1ビットシンボルCBP4を符号化するために、4つの異なるコンテキストが変換ブロックの各個別のカテゴリのために使用される(図4参照)。符号化されるべきブロックCのためのコンテキスト番号(コンテキストの指標)は以下の式で決定される。
ctx _number_cbp4(C)= CBP 4(A)+2×CBP 4(B)
このとき、ブロックCに隣接し(左および上)、同一のブロックタイプに関連すると考えられるブロックは、AおよびBで示される。H.264/AVC規格に関しては、この条件では次の6個のブロックタイプが区別される。即ち、Luma(ルミナンス:輝度)-DC, Luma-AC, Chroma(クロマ:彩度)-U-DC, Chroma-U-AC, Chroma-V-DC, Chroma-V-AC である。もし、変換係数の当該ブロックX(AまたはB)が近隣のマクロブロックの中に存在しないとき(例えば当該ブロックがイントラ(INTRA)16 ×16モードで符号化され、近隣のブロックがインタ(INTER) モードで符号化されていたような場合)、隣接するブロックXに関するCBP 4(X)はゼロにセットされる。もし、ある隣接するブロックX(AまたはB)が画像領域外にある場合や、他のスライスに属する場合には、対応する値CBP 4(X)はデフォルト値に置き換えられる。デフォルト値1はイントラ符号化されたブロックのために使用され、デフォルト値0はインタ符号化されたブロックのために使用される。
有意性マッピングを符号化するために、各ブロックカテゴリ(図4参照)毎にmax _koeff −1 個の異なるコンテキストがシンボルSIGおよびLASTを符号化するために使用される。ゆえに、max _koeff は対応するブロックカテゴリのための変換係数の数を示す(H.264/AVC規格に関しては図4参照)。コンテキスト番号は、常に当該係数の対応するスキャン位置によって示されている。i番目の係数としてスキャンされた係数koeff[i] のコンテキスト番号は、次の結果となる。
ctx _number_sig(koeff[i])= ctx_number_last(koeff[ i])=i.
ブロックタイプの各カテゴリに対し、2 ×max _koeff −2 個のコンテキストが、有意性マッピングを符号化するために使用される。
図3に示すバイナリゼーションは、有意変換係数の絶対値を符号化するために使用される。2つの異なる量のコンテキストがブロックカテゴリ毎に使用される。つまり、バイナリゼーションの第1のバイナリ決定bin =1を符号化するために1つのセットが使用され、バイナリ決定bin =2〜14を符号化するためにもう1つのセットが使用される。コンテキスト番号は以下のように関連付けられる。
ctx _number_abs _1bin
=(koeff with ABS > 1 coded ? 4 :
max (3, number of coded coefficients with ABS =1))
ctx _number_abs _rbins
= max (4, number of coded coefficients with ABS>1))
Claims (14)
- 変換係数を符号化するための方法において、
非ゼロの変換係数を含む(ビデオ)画像の各ブロックについて、上記変換係数の符号化を、
−上記変換係数の1つについて当該変換係数が非ゼロであるか否かを識別する第1の1ビットシンボル(SIG)と、非ゼロの変換係数についてさらなる非ゼロの変換係数があるか否かを識別する第2の1ビットシンボル(LAST)とを、当該変換係数の各スキャン位置に依存するコンテキスト番号を使用してコンテキスト適応型でバイナリ算術符号化することにより、スキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の上記ブロック内での位置を示す有意性マッピングを算術的に符号化するステップと、次に、
−上記ブロック内の最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の値(レベル)を算術的に符号化するステップと、を用いて実行することを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
上記有意性マッピングを算術的に符号化する時、上記スキャン順序において各非ゼロの変換係数は、非ゼロの変換係数を識別する役割を果たす第1の1ビットシンボル(SIG)により特徴付けられるものであって、もし非ゼロの変換係数が、上記スキャン順序における上記ブロックの最後の変換係数と異なる場合には、上記スキャン順序における最後の非ゼロの変換係数を含む各非ゼロの変換係数が第1の1ビットシンボル(SIG)により特徴付けられ、もし非ゼロの変換係数が、上記スキャン順序における上記ブロックの最後の変換係数である場合には、上記スキャン順序における最後の非ゼロの変換係数を除いて第1の1ビットシンボル(SIG)により特徴付けられ、
そして、もし非ゼロの変換係数が、上記スキャン順序における上記ブロックの最後の変換係数と異なる場合には、最後の非ゼロの変換係数は、各非ゼロの変換係数が上記スキャン順序における最後の非ゼロの変換係数であることを示す第2の1ビットシンボル(LAST)により特徴付けられることを特徴とする方法。 - 請求項1または2に記載の方法において、
各非ゼロの変換係数のために、正負符号が1ビットシンボル(SIGN)で示され、その絶対値がバイナリ符号化されたシンボル(ABS)で示されることを特徴とする方法。 - 請求項1または2に記載の方法において、
上記絶対値は、単項バイナリゼーションのシンボル(ABS)、あるいは接頭部と接尾部とを備えたシンボル(ABS)で示され、この接頭部は数字1から成り、接尾部はゼロ次の指数ゴロム符号で符号化されることを特徴とする方法。 - 請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、
非ゼロの変換係数を含むブロックは、例えば(CBP)またはマクロブロックモード等のさらなるシンタックス要素と関連した1ビットシンボル(CBP4)によって特徴付けられることを特徴とする方法。 - 請求項5に記載の方法において、
−1ビットシンボル(CBP4)のためのモデリングと、
−有意性マッピングを符号化するためのモデリングおよび/または
−係数の絶対値を符号化するためのモデリングとは、
コンテキストに依存した方法で実行されることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、
ブロックの最後のスキャン位置に関して有意性情報(SIG,LAST)が変換されないことを特徴とする方法。 - 請求項1乃至7のいずれかに記載の方法において、
近似する統計を有する変換係数のブロックタイプは、ブロックカテゴリに要約されることを特徴とする方法。 - 請求項1に記載の方法において、上記有意性マッピングを符号化するステップは、
上記変換係数の対応するスキャン位置によって示されたコンテキスト番号を使用して、上記シンボルSIGおよびLASTをコンテキスト適応型で符号化するサブステップを含み、
SIGおよびLASTのための上記コンテキスト番号は互いに異なることを特徴とする方法。 - 変換係数を符号化するための方法が実行できるように形成された少なくとも1つのプロセッサおよび/またはチップを含む装置であって、
非ゼロの変換係数を含む(ビデオ)画像の各ブロックについて、上記変換係数の符号化を、
−上記変換係数の1つについて当該変換係数が非ゼロであるか否かを識別する第1の1ビットシンボル(SIG)と、非ゼロの変換係数についてさらなる非ゼロの変換係数があるか否かを識別する第2の1ビットシンボル(LAST)とを、当該変換係数の各スキャン位置に依存するコンテキスト番号を使用してコンテキスト適応型でバイナリ算術符号化することにより、スキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の上記ブロック内での位置を示す有意性マッピングを算術的に符号化する手段と、
−上記ブロック内の最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の値(レベル)を算術的に符号化する手段と、を用いて実行することを特徴とする装置。 - コンピュータメモリに書き込まれた後、そのコンピュータが変換係数を符号化するための方法を実行可能とするコンピュータプログラムであって、
非ゼロの変換係数を含む(ビデオ)画像の各ブロックについて、上記変換係数の符号化を、
−上記変換係数の1つについて当該変換係数が非ゼロであるか否かを識別する第1の1ビットシンボル(SIG)と、非ゼロの変換係数についてさらなる非ゼロの変換係数があるか否かを識別する第2の1ビットシンボル(LAST)とを、当該変換係数の各スキャン位置に依存するコンテキスト番号を使用してコンテキスト適応型でバイナリ算術符号化することにより、スキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の上記ブロック内での位置を示す有意性マッピングを算術的に符号化するステップと、次に、
−上記ブロック内の最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の値(レベル)を算術的に符号化するステップと、を用いて実行することを特徴とするコンピュータプログラム。 - コンピュータによる読み出し可能な記憶媒体にプログラムが記憶され、コンピュータメモリに書き込まれた後、そのコンピュータが変換係数を符号化するための方法を実行可能とする記憶媒体であって、
変換係数を含む(ビデオ)画像の各ブロックについて、上記変換係数の符号化を、
−上記変換係数の1つについて当該変換係数が非ゼロであるか否かを識別する第1の1ビットシンボル(SIG)と、非ゼロの変換係数についてさらなる非ゼロの変換係数があるか否かを識別する第2の1ビットシンボル(LAST)とを、当該変換係数の各スキャン位置に依存するコンテキスト番号を使用してコンテキスト適応型でバイナリ算術符号化することにより、スキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の上記ブロック内での位置を示す有意性マッピングを算術的に符号化するステップと、次に、
−上記ブロック内の最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で、上記非ゼロの変換係数の値(レベル)を算術的に符号化するステップと、を用いて実行することを特徴とするコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体。 - 非ゼロの変換係数を含む(ビデオ)画像のブロックのための、符号化された有意性マッピングとそれに続いて符号化された非ゼロの変換係数の値とを復号化する方法であって、
上記有意性マッピングはスキャン順序での上記非ゼロの変換係数の位置を示し、上記符号化された非ゼロの変換係数の値は、最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で符号化された非ゼロの変換係数の値を含み、
上記復号化の方法は、
−上記変換係数の1つについて当該変換係数が非ゼロであるか否かを識別する第1の1ビットシンボル(SIG)と、非ゼロの変換係数についてさらなる非ゼロの変換係数があるか否かを識別する第2の1ビットシンボル(LAST)とを、当該変換係数の各スキャン位置に依存するコンテキスト番号を使用してコンテキスト適応型でバイナリ算術復号化することにより、スキャン順序で、上記有意性マッピングを算術的に復号化するステップと、次に、
−上記符号化された上記非ゼロの変換係数の値を上記逆のスキャン順序で算術的に復号化するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 非ゼロの変換係数を含む(ビデオ)画像のブロックのための、符号化された有意性マッピングとそれに続いて符号化された非ゼロの変換係数の値とを復号化する装置であって、
上記有意性マッピングはスキャン順序での上記非ゼロの変換係数の位置を示し、
上記符号化された非ゼロの変換係数の値は、最後の非ゼロの変換係数から出発する逆のスキャン順序で符号化された非ゼロの変換係数の値を含み、
上記復号化の装置は、
−上記変換係数の1つについて当該変換係数が非ゼロであるか否かを識別する第1の1ビットシンボル(SIG)と、非ゼロの変換係数についてさらなる非ゼロの変換係数があるか否かを識別する第2の1ビットシンボル(LAST)とを、当該変換係数の各スキャン位置に依存するコンテキスト番号を使用してコンテキスト適応型でバイナリ算術復号化することにより、スキャン順序で、上記有意性マッピングを算術的に復号化する手段と、
−上記符号化された上記非ゼロの変換係数の値を上記逆のスキャン順序で算術的に復号化する手段と、
を含むことを特徴とする装置。
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