JP5900307B2

JP5900307B2 - 動画像符号化装置、動画像符号化方法及び動画像符号化プログラム、並びに送信装置、送信方法及び送信プログラム

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Publication number: JP5900307B2
Application number: JP2012271418A
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Inventors: 西谷　勝義; 勝義西谷; 博哉中村; 福島　茂; 茂福島; 上田　基晴; 基晴上田
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Filing date: 2012-12-12
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Description

本発明は、動画像の符号化技術に関し、特に量子化パラメータの予測符号化を利用した動画像の符号化技術に関する。

ＭＰＥＧ−２Ｐａｒｔ２（以下ＭＰＥＧ−２と呼ぶ）やＭＰＥＧ−４Ｐａｒｔ１０／Ｈ．２６４（以下ＡＶＣと呼ぶ）等のデジタル動画像符号化では、画像を所定の大きさのブロックに分割して符号化を行い、予測誤差信号（又は単に画像信号）に対する量子化の粗さを示す量子化パラメータを伝送する。符号化側でこの量子化パラメータを所定ブロック単位で可変制御することにより、符号量を制御することや主観画質を向上させることが可能である。

主観画質を向上させる量子化パラメータの制御としては、ＡｄａｐｔｉｖｅＱｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ（適応量子化）が度々用いられる。適応量子化では、視覚的に劣化の目立ちやすい平坦部ではより細かく量子化され、劣化の比較的目立ちにくい絵柄の複雑な部分でより粗く量子化されるように、各マクロブロックのアクティビティによって変化させる。即ち、符号化されたときの割り当てビット量が大きくなりやすいアクティビティの高いマクロブロックにおいては、大きい量子化スケールが設定されるように、量子化パラメータを変化させ、その結果、符号化された画像のデータにおいてビット数が出来るだけ少なくなるように制御しながら、主観画質を向上させることになる。

ＭＰＥＧ−２では符号化／復号する順序で１つ前のブロックの量子化パラメータと符号化対象のブロックの量子化パラメータが同一であるかどうかを判断し、同一でない場合には量子化パラメータを伝送する。ＡＶＣでは符号化／復号する順序で１つ前のブロックの量子化パラメータを予測値として、符号化対象のブロックの量子化パラメータを差分符号化する。これは、一般的に符号量制御は符号化順に行うため、符号化順で１つ前のブロックの量子化パラメータが最も符号化ブロックの量子化パラメータに近いということに基いており、伝送する量子化パラメータの情報量を抑制することを狙っている。

特開２０１１−９１７７２号公報

従来の量子化パラメータの制御では、符号化済みの左側のブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとして、符号化対象のブロックの量子化パラメータとの差分を算出し、算出された差分量子化パラメータを符号化することで、量子化パラメータの符号量を削減した。しかしながら、画面内のコンテンツによっては、例えば図８に示されるように、符号化対象のブロック内の画像と符号化済みの左側のブロック内の画像の特徴が異なる場合、適応量子化にて算出される量子化パラメータは差が大きくなるので、一意に左側のブロックとの量子化パラメータ予測を実行しても差分量子化パラメータが大きくなり、符号量が増加する課題があった。

また、符号量制御により算出される量子化パラメータは、通常画面の左上から右下に向かうラスタスキャン順に行われる為、符号化対象のブロックサイズが小さくなると、スライス間で処理順番が離れてしまう。その為、符号化対象のブロックが上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する場合、近接しているが、符号量制御での処理順番が離れているので、符号量制御で算出される量子化パラメータが符号化対象のブロックと上に近接する符号化済みブロックとで必ずしも同じ或いは近い値になる見込みが無く、差分量子化パラメータの符号量が削減出来るとは言えないという課題があった。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、量子化パラメータの符号量を削減して、符号化効率を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の動画像符号化装置は、動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化装置であって、前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部（１１０）と、前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出部（１１４）と、前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成部（１１１）と、前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化部（１１２）とを備える。前記予測量子化パラメータ導出部（１１４）は、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する。

本発明のさらに別の態様は、動画像符号化方法である。この方法は、動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位で符号化する動画像符号化方法であって、前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備える。前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する。
本発明のさらに別の態様は、動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位で符号化する動画像符号化プログラムである。このプログラムは、前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとをコンピュータに実行させ、前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する。
本発明のさらに別の態様は、送信装置である。この装置は、動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化方法により符号化された符号化ビット列をパケット化して符号化データを得るパケット処理部と、パケット化された前記符号化データを送信する送信部とを備える。前記動画像符号化方法は、前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する。
本発明のさらに別の態様は、送信方法である。この方法は、動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化方法により符号化された符号化ビット列をパケット化して符号化データを得るパケット処理ステップと、パケット化された前記符号化データを送信する送信ステップとを備える。前記動画像符号化方法は、前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する。
本発明のさらに別の態様は、送信プログラムである。このプログラムは、動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化方法により符号化された符号化ビット列をパケット化して符号化データを得るパケット処理ステップと、パケット化された前記符号化データを送信する送信ステップとをコンピュータに実行させる。前記動画像符号化方法は、前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する。

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、量子化パラメータの符号量を削減して、符号化効率を向上させることができる。

実施の形態に係る予測量子化パラメータの導出方法を具備した動画像符号化装置の構成を示すブロック図である。実施の形態に係る予測量子化パラメータの導出方法を具備した動画像復号装置の構成を示すブロック図である。ＭＰＥＧ−２ＴＭ５の画面内の符号量制御を説明する図である。Ｈ．２６４の量子化パラメータ予測方法を示す図である。階層ツリー符号化を使用した場合の符号化処理順の一例を示す図である。階層ツリー符号化により分割されたツリーブロック内部の左上の符号化ブロックの量子化パラメータの予測を示す図である。階層ツリー符号化により分割されたツリーブロック内部の符号化処理順の一例を示す図である。符号化対象の符号化ブロックと近接する既符号化済みの周囲のブロックに対して、絵柄が左及び左上のブロックに含まれる一例を表す図である。ＭＰＥＧ−２ＴＭ５の画面内の符号量制御において、上下で近接する符号化ブロックの位置を説明する図である。差分量子化パラメータの符号付き指数符号付ゴロム符号化テーブルの一例を表す図である。符号化対象ツリーブロックと符号化済みツリーブロックとの関係を示す図である。階層ツリー符号化により分割されたツリーブロック内部の符号化ブロックと符号化済みブロックの関係を示す図である。第１の実施例において、符号化ブロックの予測量子化パラメータの参照先を表す図である。近接する既符号化済みの周囲のブロックの量子化パラメータを、符号化ブロックの予測量子化パラメータとして参照先として示す一例を表す図である。第１の実施例の予測量子化パラメータ導出部の動作を説明する為のフローチャートである。第１の実施例の予測量子化パラメータ導出部の別の動作を説明する為のフローチャートである。第２の実施例において、符号化ブロックの予測量子化パラメータの参照先を表す図である。第２の実施例の予測量子化パラメータ導出部の動作を説明する為のフローチャートである。第２の実施例において、符号化ブロックの予測量子化パラメータの参照先を表す図である。第２の実施例の予測量子化パラメータ導出部の動作を説明する為のフローチャートである。第３の実施例において、符号化ブロックの予測量子化パラメータの参照先を表す図である。第３の実施例の予測量子化パラメータ導出部の動作を説明する為のフローチャートである。第４の実施例において、符号化ブロックの予測量子化パラメータの参照先を表す図である。第４の実施例の予測量子化パラメータ導出部の動作を説明する為のフローチャートである。量子化グループの一例を説明する図である。量子化グループ単位の量子化パラメータの予測の一例を説明する図である。

本発明の実施の形態は、ピクチャを所定サイズの矩形ブロックに分割し、更にそのブロックを１つ或いは複数の符号化ブロックに分割し、符号化ブロック単位に量子化・符号化を行う動画像符号化において、処理対象のブロックの量子化パラメータの符号量を削減するために、周囲の符号化済みブロックの符号化情報から最適な予測量子化パラメータを導出し、予測量子化パラメータとの差分を算出して、符号化する符号量制御技術を提供する。

本発明を実施する好適な動画像符号化装置１００及び動画像復号装置２００について説明する。図１は本発明を実施する動画像符号化装置１００の構成を示すブロック図であり、画像メモリ１０１、残差信号生成部１０２、直交変換・量子化部１０３、第２の符号化ビット列生成部１０４、逆量子化・逆直交変換部１０５、復号画像信号重畳部１０６、復号画像メモリ１０７、予測画像生成部１０８、アクティビティ算出部１０９、量子化パラメータ算出部１１０、差分量子化パラメータ生成部１１１、第１の符号化ビット列生成部１１２、符号化情報格納メモリ１１３、予測量子化パラメータ導出部１１４及び符号化ビット列多重化部１１５から構成される。尚、各ブロック間を結ぶ太実線の矢印はピクチャの画像信号、細実線の矢印は符号化を制御するパラメータ信号の流れを表すものである。

画像メモリ１０１は、撮影／表示時間順に供給された符号化対象の画像信号を一時格納する。画像メモリ１０１は、格納された符号化対象の画像信号を、所定の画素ブロック単位で、残差信号生成部１０２、予測画像生成部１０８及びアクティビティ算出部１０９に供給する。その際、撮影／表示時間順に格納された画像は、符号化順序に並べ替えられて、画素ブロック単位で、画像メモリ１０１から出力される。

残差信号生成部１０２は、符号化する画像信号と予測画像生成部１０８にて生成された予測信号との引き算を行い残差信号を生成し、直交変換・量子化部１０３に供給する。

直交変換・量子化部１０３は、残差信号に対して直交変換及び量子化を行い、直交変換・量子化された残差信号を生成し、第２の符号化ビット列生成部１０４と逆量子化・逆直交変換部１０５に供給する。

第２の符号化ビット列生成部１０４は、直交変換及び量子化された残差信号を規定のシンタックス規則に従ってエントロピー符号化して第２の符号化ビット列を生成し、符号化ビット列多重化部１１５に供給する。

逆量子化・逆直交変換部１０５は、直交変換・量子化部１０３から供給された直交変換・量子化された残差信号を逆量子化及び逆直交変換して残差信号を算出し、復号画像信号重畳部１０６に供給する。

復号画像信号重畳部１０６は、予測画像生成部１０８により生成された予測画像信号と逆量子化・逆直交変換部１０５で逆量子化及び逆直交変換された残差信号を重畳して復号画像を生成し、復号画像メモリ１０７に格納する。尚、復号画像に対して符号化によるブロック歪等の歪を減少させるフィルタリング処理を施して、復号画像メモリ１０７に格納されることもあり、その場合、必要に応じてデブロッキングフィルタ等のポストフィルタの情報を識別するフラグ等の予測された符号化情報を符号化情報格納メモリ１１３に格納する。

予測画像生成部１０８は、画像メモリ１０１から供給される画像信号と復号画像メモリ１０７から供給される復号画像信号から、予測モードを基にフレーム内予測（イントラ予測）或いはフレーム間予測（インター予測）を行い、予測画像信号を生成する。イントラ予測は、画像メモリ１０１から供給される画像信号を所定のブロック単位で分割された符号化対象のブロックと、復号画像メモリ１０７から供給される符号化対象のブロックと同じフレーム内に存在する符号化対象のブロックに近接する周囲の符号化済みブロックの画素信号を用いて予測画像信号を生成する。インター予測は、画像メモリ１０１から供給される画像信号を所定のブロック単位で分割された符号化対象のブロックのフレーム（符号化フレーム）の時系列で前または後ろに数フレーム離れた復号画像メモリ１０７に格納されている符号化済みフレームを参照フレームとし、符号化フレームと参照フレームとの間でブロックマッチングを行い、動きベクトルと呼ばれる動き量を求め、この動き量を基に参照フレームから動き補償を行い、予測画像信号を生成する。こうして生成された予測画像信号を残差信号生成部１０２に供給する。予測画像生成部１０８にて得られた動きベクトル等の符号化情報は、必要に応じて符号化情報格納メモリ１１３に格納する。更に、予測画像生成部１０８では、複数の予測モードの選択が可能である場合、生成された予測画像信号と元の画像信号との間の歪量等を評価することにより、最適な予測モードを決定し、決定された予測モードによる予測により生成された予測画像信号を選択し、残差信号生成部１０２に供給するとともに、予測モードがイントラ予測である場合はイントラ予測モードを符号化情報格納メモリ１１３及び第１の符号化ビット列生成部に供給する。

アクティビティ算出部１０９は、画像メモリ１０１から供給される符号化対象のブロックの画像の複雑さや滑らかさを示す係数であるアクティビティが計算され、量子化パラメータ算出部１１０に供給する。アクティビティ算出部１０９の詳細な構成と動作は、後述する実施例にて説明する。

量子化パラメータ算出部１１０は、アクティビティ算出部１０９にて算出されたアクティビティによって、符号化対象のブロックの量子化パラメータを算出し、差分量子化パラメータ生成部１１１及び符号化情報格納メモリ１１３に供給する。量子化パラメータ算出部１１０の詳細な構成と動作は、後述する実施例にて説明する。

差分量子化パラメータ生成部１１１は、量子化パラメータ算出部１１０にて算出された量子化パラメータに対して、予測量子化パラメータ導出部１１４にて導出された予測量子化パラメータと引き算を行い、差分量子化パラメータを算出し、第１の符号化ビット列生成部１１２に供給する。

第１の符号化ビット列生成部１１２は、差分量子化パラメータ生成部１１１によって算出された差分量子化パラメータを規定のシンタックス規則に従って符号化して第１の符号化ビット列を生成し、符号化ビット列多重化部１１５に供給する。

符号化情報格納メモリ１１３は、符号化が終了したブロックの量子化パラメータを格納する。また、図１に結線を図示していないが、予測画像生成部１０８にて生成される予測モードや動きベクトル等の符号化情報も、次の符号化対象のブロックを符号化に必要な情報として格納する。更に、ピクチャやスライス単位で生成される符号化情報も必要に応じて格納する。

予測量子化パラメータ導出部１１４は、符号化対象のブロックの周囲に近接する既符号化済みのブロックの量子化パラメータや符号化情報を用いて、予測量子化パラメータを導出し、差分量子化パラメータ生成部１１１に供給する。予測量子化パラメータ導出部１１４の詳細な構成と動作は、後述する実施例にて説明する。

符号化ビット列多重化部１１５は、第１の符号化ビット列と第２の符号化ビット列を規定のシンタックス規則に従って多重化し、ビットストリームを出力する。

図２は図１の動画像符号化装置１００に対応した実施の形態に係る動画像復号装置２００の構成を示すブロック図である。実施の形態の動画像復号装置２００は、ビット列分離部２０１、第１符号化ビット列復号部２０２、量子化パラメータ生成部２０３、符号化情報格納メモリ２０４、予測量子化パラメータ導出部２０５、第２符号化ビット列復号部２０６、逆量子化・逆直交変換部２０７、復号画像信号重畳部２０８、予測画像生成部２０９及び復号画像メモリ２１０を備える。尚、図１の動画像符号化装置１００と同様に、各ブロック間を結ぶ太実線の矢印はピクチャの画像信号、細実線の矢印は符号化を制御するパラメータ信号の流れを表すものである。

図２の動画像復号装置２００の復号処理は、図１の動画像符号化装置１００の内部に設けられている復号処理に対応するものであるから、図２の逆量子化・逆直交変換部２０７、復号画像信号重畳部２０８、予測画像生成部２０９、復号画像メモリ２１０及び符号化情報格納メモリ２０４の各構成は、図１の動画像符号化装置１００の逆量子化・逆直交変換部１０５、復号画像信号重畳部１０６、予測画像生成部１０８、復号画像メモリ１０７及び符号化情報格納メモリ１１３の各構成とそれぞれ対応する機能を有する。

ビット列分離部２０１に供給されるビットストリームは規定のシンタックスの規則に従って分離し、分離された符号化ビット列が第１符号化ビット列復号部２０２、第２符号化ビット列復号部２０６に供給される。

第１符号化ビット列復号部２０２は、供給された符号化ビット列を復号して予測モード、動きベクトル、差分量子化パラメータ等に関する符号化情報を出力し、差分量子化パラメータを量子化パラメータ生成部２０３に与えるとともに、符号化情報を符号化情報格納メモリ２０４に格納する。

量子化パラメータ生成部２０３は、第１符号化ビット列復号部２０２から供給される差分量子化パラメータと予測量子化パラメータ導出部２０５にて導出される量子化パラメータとを加算して量子化パラメータを算出し、逆量子化・逆直交変換部２０７及び符号化情報格納メモリ２０４に供給する。

符号化情報格納メモリ１１３は、復号が終了したブロックの量子化パラメータを格納する。更に、第１符号化ビット列復号部２０２にて復号されたブロック単位の符号化情報だけでなく、ピクチャやスライス単位で生成される符号化情報も必要に応じて格納する。また、図２に結線を図示していないが、復号された予測モードや動きベクトル等の符号化情報を予測画像生成部２０９に供給する。

予測量子化パラメータ導出部２０５は、復号対象ブロックの周囲に近接する既復号済みのブロックの量子化パラメータや符号化情報を用いて、予測量子化パラメータを導出し、量子化パラメータ生成部２０３に供給する。予測量子化パラメータ導出部２０５は動画像符号化装置１００の予測量子化パラメータ導出部１１４と同等の機能を有しており、詳細な構成と動作は後述する実施例にて説明する。

第２符号化ビット列復号部２０６は、供給された符号化ビット列を復号して直交変換・量子化された残差信号を算出し、直交変換・量子化された残差信号を逆量子化・逆直交変換部２０７に与える。

逆量子化・逆直交変換部２０７は、第２符号化ビット列復号部２０６で復号された直交変換・量子化された残差信号に対して、量子化パラメータ生成部２０３にて生成された量子化パラメータを用いて、逆直交変換及び逆量子化を行い、逆直交変換・逆量子化された残差信号を得る。

復号画像信号重畳部２０８は、予測画像生成部２０９で生成された予測画像信号と、逆量子化・逆直交変換部２０７により逆直交変換・逆量子化された残差信号とを重畳することにより、復号画像信号を生成し、出力するとともに復号画像メモリ２１０に格納する。復号画像メモリ２１０に格納する際には、復号画像に対して符号化によるブロック歪等を減少させるフィルタリング処理を施して、復号画像メモリ２１０に格納されることもある。

予測画像生成部２０９は、第２符号化ビット列復号部２０６で復号される予測モードや動きベクトル等の符号化情報、更に符号化情報格納メモリ２０４から符号化情報を基にして、復号画像メモリ２１０から供給される復号画像信号から予測画像信号を生成し、復号画像信号重畳部２０８に供給する。

次に、動画像符号化装置１００の中で太点線に囲まれた諸部１２０、特に予測量子化パラメータ導出部１１４と、動画像復号装置２００の中で太点線に囲まれた諸部２２０、特に予測量子化パラメータ導出部２０５とで共通に実施される予測量子化パラメータを導出する方法の詳細について説明する。

まず、本実施の形態の動画像符号化装置１００の中で太点線で囲まれた諸部１２０の各部の動作について説明する。諸部１２０では、画像メモリ１０１から供給される所定画素サイズ単位の画素ブロックを符号化ブロックとし、そのブロックを量子化する為の量子化パラメータを決定する。量子化パラメータは主に符号量制御と適応量子化のアルゴリズムによって決定される。最初にアクティビティ算出部１０９における適応量子化の手法について説明する。

アクティビティ算出部１０９では、一般に人間の視覚特性はエッジの少ない低周波成分に敏感である為、視覚的に劣化の目立ちやすい平坦部ではより細かく量子化し、劣化の比較的目立ちにくい絵柄の複雑な部分でより粗く量子化するように、所定ブロック単位に画像の複雑さや滑らかさを表現するアクティビティを算出する。

アクティビティの一例として、ＭＰＥＧ−２ＴｅｓｔＭｏｄｅｌ５（ＴＭ５）に記載される符号化ブロック内の画素の分散値による算出が挙げられる。分散値はブロック内の画像を構成する画素の平均からの散らばりの度合いを示す値であり、ブロック内に画像が平坦である（輝度変化が小さい）程小さく、複雑な絵柄である（輝度変化が大きい）もの程値が大きくなるので、ブロックのアクティビティとして利用する。ブロック内の画素値をｐ（ｘ，ｙ）で表すと、ブロックのアクティビティａｃｔは次式で算出される。

ここで、ＢＬＫは符号化ブロックの画素総数であり、ｐ＿ｍｅａｎはブロック内の画素の平均値である。

また、以上のような分散に限らず、符号化ブロック内の画素に対して、水平方向及び垂直方向で近接する画素との差分絶対値をとり、ブロック内で総和をとっても良い。この場合でも、画像が平坦である場合は小さく、エッジが多い複雑な絵柄部分では大きい値となり、アクティビティとして利用可能である。次式により算出される。

こうして算出されたアクティビティａｃｔは量子化パラメータ算出部１１０に供給される。

次に、符号量制御について説明する。本実施の形態の動画像符号化装置１００では、特に符号量制御を実現する部を設けていないが、符号量制御では発生符号量に基づき符号化ブロックの量子化パラメータを決定する為、量子化パラメータ算出部１１０の中にその機能を包含することとして説明する。

符号量制御はフレーム等の所定単位の発生符号量を目標符号量付近に合わせることを目的としており、符号化済ブロックの発生符号量が目標符号量よりも多いと判断した場合には以降に符号化するブロックに相対的に粗い量子化を適用し、符号化済ブロックの発生符号量が目標符号量よりも少ないと判断した場合には以降に符号化するブロックに相対的に細かい量子化を適用するものである。

具体的な符号量制御のアルゴリズムについて、図３を用いて説明する。

まず、フレーム毎に目標符号量（Ｔ）を決定する。一般的にはＩピクチャ＞Ｐピクチャ＞参照Ｂピクチャ＞非参照ＢピクチャとなるようにＴを決定する。例えば、動画像の目標ビットレートが５Ｍｂｐｓであり、１秒間にＩピクチャが１枚、Ｐピクチャが３枚、参照Ｂピクチャが１１枚、非参照Ｂピクチャが１５枚ある場合において、ピクチャタイプ別の目標符号量をＴｉ、Ｔｐ、Ｔｂｒ、Ｔｂとすると、Ｔｉ：Ｔｐ：Ｔｂｒ：Ｔｂ＝４：３：２：１の比率となるように目標符号量を制御したい場合、Ｔｉ＝４００ｋｂｉｔ、Ｔｐ＝３００ｋｂｉｔ、Ｔｂｒ＝２００ｋｂｉｔ、Ｔｂ＝１００ｋｂｉｔとなる。但し、ピクチャタイプ別の割当符号量は本発明の本質には影響しない。

次に、フレーム内の符号量制御について説明する。量子化パラメータを決定する単位であるブロックの数をＮ、発生符号量をＢ、目標符号量との差分ビットをＤとすると、

となる。ここで、ｊは符号化ブロックの符号化処理順カウント番号である。Ｄ（０）は目標符号量差分の初期値である。

符号量制御による量子化パラメータｂＱＰは以下のように決定される。

ここで、ｒは目標符号量差分を量子化パラメータに変換する比例係数である。この比例係数ｒは使用可能な量子化パラメータに応じて決定される。

量子化パラメータ算出部１１０は、符号化ブロック毎にアクティビティ算出部１０９で算出されたアクティビティａｃｔを使って、符号量制御にて算出された符号化ブロックの量子化パラメータを変化させる。以下では、符号化ブロック毎に算出するので、符号量制御による量子化パラメータの符号化処理順カウント番号を削除し、ｂＱＰで表すものとする。

量子化パラメータ算出部１１０は、直前に符号化したフレーム内の平均アクティビティをａｖｇ＿ａｃｔとして記録しておき、符号化ブロックの正規化アクティビティＮａｃｔを次式により算出する。

ここで、上式の係数２は量子化パラメータのダイナミックレンジを表す値であり、０．５〜２．０の範囲をとる正規化アクティビティＮａｃｔが算出される。

尚、ａｖｇ＿ａｃｔは、符号化過程の前に、予めフレーム内の全てのブロックに対してアクティビティを算出し、その平均値をａｖｇ＿ａｃｔとしてもよい。更に、ａｖｃ＿ａｃｔは符号化情報格納メモリ１１３に格納しておいてもよく、必要に応じて量子化パラメータ算出部１１０が符号化情報格納メモリ１１３からａｖｇ＿ａｃｔを取得してもよい。

算出された正規化アクティビティＮａｃｔを基準となる量子化パラメータｂＱＰと次式の如く乗算を行い、符号化ブロックの量子化パラメータＱＰを得る。

尚、ｂＱＰは上述したように符号量制御で算出されるブロック単位の量子化パラメータとしたが、固定値として符号化ブロックを含むフレーム或いはスライスを代表する量子化パラメータであってもよい。また、直前に符号化したフレームの平均量子化パラメータであってもよく、本実施の形態では特に算出方法について限定しない。

こうして算出された符号化ブロックの量子化パラメータは、符号化情報格納メモリ１１３及び差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

符号化情報格納メモリ１１３は、量子化パラメータ算出部１１０にて算出された量子化パラメータや既に符号化が終了した過去の符号化ブロックの量子化パラメータが格納されるだけでなく、符号化ブロックの符号化となる動きベクトルや予測モード等の符号化情報も格納され、必要に応じて各部が符号化情報を取得する。

予測量子化パラメータ導出部１１４は、符号化情報格納メモリ１１３から符号化ブロックの周囲の既符号化済みの近接ブロックの量子化パラメータやその他符号化情報を用いて、符号化ブロックの量子化パラメータを効率良く符号化、伝送する為の予測量子化パラメータを導出する。

量子化パラメータを効率良く符号化、伝送する為には、量子化パラメータのまま符号化するよりも、既符号化済みのブロックの量子化パラメータとの差分（差分量子化パラメータ）をとって、その差分量子化パラメータを符号化、伝送する方が効率が良い。符号量制御の観点から見れば、符号化処理順で直前の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとすると伝送する差分量子化パラメータの値が小さくなり、符号量は小さくなる。一方、適応量子化の観点から見れば、符号化ブロックと周囲の近接ブロックとは近接している為、同じ或いは似た絵柄となることが多いので、符号化ブロックに近接するブロックのアクティビティは符号化ブロックのアクティビティと近い値となり、近接ブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとすると伝送する差分量子化パラメータの値が小さくなり、符号量は小さくなる。その為、Ｈ．２６４では、図４で示されるように、量子化パラメータを伝送する単位がマクロブロック（１６ｘ１６画素群）で固定されており、ラスタスキャン順に符号化ブロックより前、ないし直前に符号化をした左隣に近接するブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとし、符号化ブロックの量子化パラメータと予測量子化パラメータとの差分をとり、差分量子化パラメータを符号化、伝送する方法が採用されている。つまり、Ｈ．２６４では符号量制御を想定した量子化パラメータの予測に最適化されている。但し、Ｈ．２６４は後述する階層ツリー符号化を行わないので、画像の左端以外は、直前のブロックが左ブロックである為、近接ブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとして使用することになり、適応量子化を想定した予測にもほぼ最適化されていると言える。その為、Ｈ．２６４のように、量子化パラメータを伝送する単位が固定され、階層ツリー符号化を行わないような構成の場合には、量子化パラメータの予測は直前の符号化済みブロックが最適だと言える。

しかしながら、階層ツリー符号化を行う場合、Ｈ．２６４と同様に直前のブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとして使用すると、符号量制御には最適化されるが、適応量子化を用いて量子化パラメータを伝送する場合、最適な予測値とはならず、差分量子化パラメータの符号量が増大してしまうという課題が生じる。

ここで、階層ツリー符号化について説明する。ここで言う階層ツリー符号化とは、ツリーブロック単位（ここでは６４ｘ６４ブロックとする）でそれぞれ符号化単位を表すｄｅｐｔｈを決定し、決定されたｄｅｐｔｈで符号化ブロック単位の符号化を行う。これにより、画像の精細度に依存した最適なｄｅｐｔｈを決定して符号化を行うことができ、符号化効率を大幅に向上する。

図５に階層ツリー符号化構造の符号化処理順序を示す。図５の上図に示されるように、画面内を所定の同一サイズの正方の矩形の単位にて均等分割する。この単位をツリーブロックと呼び、画像内での符号化／復号ブロックを特定するためのアドレス管理の基本単位とする。ツリーブロックは画像内のテクスチャ等に応じて、符号化処理を最適にすべく、必要に応じてツリーブロック内を階層的に４分割して、ブロックサイズの小さいブロックにすることが出来る。このように小さなブロックに分割して構成される階層的なブロック構造をツリーブロック構造と呼び、この分割されたブロックを符号化ブロック（ＣＵ：ＣｏｄｉｎｇＵｎｉｔ）と呼び、符号化及び復号を行う際の処理の基本単位とする。図５の下図はツリーブロックを４分割してできた各ＣＵのうち、左下を除く３つのＣＵさらに４分割した例である。本実施例においては、ＣＵ単位で量子化パラメータを設定するものとする。ツリーブロックは最大サイズの符号化ブロックでもある。

このような階層ツリー符号化では、符号化順序は図４のＨ．２６４のようなラスタスキャン順（左〜右）と異なる為、量子化パラメータが直前の符号化済みブロックと左の近接ブロックとで等しくならない場合がある。例えば階層ツリー符号化の一例として、図６で示されるように、符号化対象とするツリーブロックの中の左上の符号化ブロック（図６中の斜線部の矩形）は、左に近接するツリーブロックの中で分割されたブロックのうち、最後に符号化された右下の符号化済みブロック（図６中の灰色部の矩形）の量子化パラメータを予測に用いる。また、図７に示されるように、符号化対象とするツリーブロックの中の左下の符号化ブロック（図７中の斜線部の矩形）は、同じツリーブロックの中で分割され、直前に符号化されたブロック（図７中の灰色部の矩形）の量子化パラメータを予測に用いることになる。その為、直前の符号化済みブロックから量子化パラメータを予測するだけでは、符号量制御に最適化された予測は行うことが出来ても、分割によってブロック間の距離を隔てる為に、適応量子化に適した予測を行うことが出来ないので、差分量子化パラメータの符号量が増大し、符号化効率を低減させてしまう。

また、Ｈ．２６４のように一意に左隣のブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとすると、例えば図８で示される事例の場合、符号化ブロックと左の近接ブロックとの画像の絵柄が異なるので、それぞれの量子化パラメータに影響を及ぼし、差分量子化パラメータも大きな値となり、発生符号量も大きくなり、効率的な符号化、伝送が出来ない恐れが生じる。

その解決策として、左の近接ブロックから予測量子化パラメータを一意に選択せず、既符号化済みの上の近接ブロックの量子化パラメータを予測量子化パラメータとする方法が考えられる。

しかしながら、ツリーブロック境界を越えて上の近接ブロックから量子化パラメータを予測する場合、符号量制御による量子化パラメータの算出を考慮すると、符号化ブロックよりもかなり過去の時点で算出された量子化パラメータである為、図９に示されるように、符号化ブロックの処理順ｊに対して、上の近接ブロックの処理順ｉは、ブロックとしてピクチャ内で近接していても、符号化処理順ではｉ＜＜ｊとなるので、符号量制御の観点から見れば、必ずしも符号化ブロックの量子化パラメータが上の近接ブロックの量子化パラメータと相関性が高いとは言えないことになる。

更に、復号過程の高速化の為に、ツリーブロックスライス毎に並列処理を実施する場合には、ツリーブロック境界を越えて上の近接ブロックの量子化パラメータを予測に使用することは出来なくなるので、ツリーブロック境界を越えて上の近接ブロックを参照することにより効率的な符号化、伝送が出来ない恐れが生じる。

そこで、本発明の実施の形態に係る予測量子化パラメータ導出部１１４は、符号化ブロックの上に近接するツリーブロックの近接ブロックを量子化パラメータの予測に使用せずに、周囲の既符号化済みのブロックから最適な予測量子化パラメータを導出して、差分量子化パラメータの発生符号量の効率を向上させる。

予測量子化パラメータ導出部１１４は、符号化ブロックの位置及び符号化情報格納メモリ１１３から供給される符号化ブロックの周囲の既符号化済みの近接ブロックの量子化パラメータにより、予測量子化パラメータを導出する。予測量子化パラメータ導出部１１４の詳細は後述する実施例にて説明する。

差分量子化パラメータ生成部１１１は、量子化パラメータ算出部１１０にて算出された符号化ブロックの量子化パラメータに対して、予測量子化パラメータ導出部１１４にて導出された予測量子化パラメータと引き算を行い、差分量子化パラメータを算出する。予測量子化パラメータは復号時にも復号済みの周囲の近接ブロックから符号化時と同様に導出されるので、差分符号化パラメータを符号化対象とすることで、符号化と復号で矛盾が生じず、量子化パラメータの符号量を削減することが可能となる。算出された差分量子化パラメータは第１の符号化ビット列生成部１１２に供給される。

第１の符号化ビット列生成部１１２は、差分量子化パラメータ生成部１１１によって算出された差分量子化パラメータを規定のシンタックス規則に従ってエントロピー符号化して第１の符号化ビット列を生成する。図１０に差分量子化パラメータのエントロピー符号化に使用される符号化変換テーブルの一例を示す。これは符号付き指数ゴロム符号化と呼ばれるテーブルであり、差分量子化パラメータの絶対値が小さい程短い符号長が与えられる。一般に画像をブロックで分割した場合、近接したブロックでは似たような画像となるので、アクティビティが近い値となり、算出されるブロックの量子化パラメータも近い値になる。その為、差分量子化パラメータの発生頻度は、０が最も高く、絶対値が大きくなるにつれて低くなる傾向となり、図１０のテーブルもその特徴を反映して、発生頻度が高い値に対して短い符号長を割り当てられている。予測量子化パラメータが符号化ブロックの量子化パラメータに近い値で予測されれば、０に近い差分量子化パラメータが算出され、発生符号量を抑制することが可能となる。第１の符号化ビット列生成部１１２は、差分量子化パラメータに対応する符号ビット列を図１０のテーブルから抽出し、その符号ビット列を符号化ビット列多重化部１１５に供給する。

上述した本実施例の動画像符号化装置１００に対応する動画像復号装置２００の中で太点線で囲まれた諸部２２０の各部の動作について説明する。

諸部２２０では、最初に第１符号化ビット列復号部２０２にて復号された差分量子化パラメータが量子化パラメータ生成部２０３に供給される。また、差分量子化パラメータ以外の符号化情報が必要に応じて符号化情報格納メモリ２０４に格納される。

量子化パラメータ生成部２０３では、第１符号化ビット列復号部２０２から供給される差分量子化パラメータと予測量子化パラメータ導出部２０５にて導出される量子化パラメータとを加算して、復号ブロックの量子化パラメータを算出し、逆量子化・逆直交変換部２０７及び符号化情報格納メモリ２０４に供給する。

符号化情報格納メモリ２０４は、復号が終了したブロックの量子化パラメータが格納される。更に、第１符号化ビット列復号部２０２にて復号されたブロック単位の符号化情報だけでなく、ピクチャやスライス単位で生成される符号化情報も必要に応じて格納される。

予測量子化パラメータ導出部２０５は、復号ブロックの周囲に近接する既復号済みのブロックの量子化パラメータや符号化情報を用いて、予測量子化パラメータを導出し、量子化パラメータ生成部２０３に供給する。量子化パラメータ生成部２０３で算出された量子化パラメータは符号化情報格納メモリ２０４に格納され、次の復号ブロックの予測量子化パラメータの導出時に、復号ブロックの周囲に位置する復号済みの近接ブロックを判定し、近接ブロックの量子化パラメータを符号化情報格納メモリ２０４から取得する。こうして得られる復号済みの近接ブロックの量子化パラメータは、動画像符号化装置１００の予測量子化パラメータ導出部１１４が符号化情報格納メモリ１１３から取得する量子化パラメータと同一である。予測量子化パラメータ導出部２０５は動画像符号化装置１００の予測量子化パラメータ導出部１１４と同等の機能を有しているので、符号化情報格納メモリ２０４から供給される近接ブロックの量子化パラメータが同じであれば、符号化時と同一の予測量子化パラメータが導出される。

予測量子化パラメータ導出部２０５では、符号化済みの近接ブロックを復号済みの近接ブロックと変更する以外同様の処理を行うので、量子化パラメータ予測の説明は割愛する。

こうして符号化側で導出された予測量子化パラメータが、復号側でも矛盾無く導出されることになる。

本実施の形態において、予測量子化パラメータの導出を行う場合に、動画像符号化装置１００の予測量子化パラメータ導出部１１４で参照する近接ブロックは符号化済みのブロックであり、動画像復号装置２００の予測量子化パラメータ導出部２０５で参照する近接ブロックは復号済みのブロックである。符号化側で参照される符号化済みのブロックは、符号化内部で次の符号化の為に局部復号されたブロックであり、復号側で参照される復号済みブロックと同じである。その為、予測量子化パラメータ導出部１１４及び２０５の機能も共通であり、それぞれで導出される予測量子化パラメータも同じある。以降の実施例では、予測量子化パラメータの導出について、符号化と復号で切り分けず、共通の機能として符号化側で説明する。

以下、予測量子化パラメータ導出部１１４及び２０５で共通に実施される予測量子化パラメータを導出する方法の詳細について説明する。

［実施例１］
実施例１における予測量子化パラメータ導出部１１４の詳細な動作について説明する。実施例１では、符号化対象の符号化ブロックが上のツリーブロックと近接する場合に、符号化順序でかなり過去となる上のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することを禁止するが、符号化順序で過去ではあるが、上のツリーブロック程過去ではない左に近接するツリーブロックの符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する。

図１１に示されるように、符号化はツリーブロック単位に画面の左上から右下に向かってラスタスキャン順に行われる。今、符号化対象ツリーブロックを図１１中の斜線矩形で表すと、符号化済みのツリーブロックは図１１中の灰色部分で表される。ツリーブロック内部では符号化条件に応じて、階層ツリー符号化がなされることから、符号化ブロックはツリーブロック以下のサイズに分割にされるので、符号化対象ツリーブロック内部の符号化ブロックと上のツリーブロック内部の符号化済みブロックとは近接しているものの、符号化処理順では大きく離れていることになる。その為、符号量制御により算出される量子化パラメータは、符号化処理順で算出されるので、符号化ブロックの量子化パラメータと上のツリーブロック内部の符号化済みブロックの量子化パラメータが近い値になるとは言えない。そこで、実施例１では上のツリーブロックを量子化パラメータの予測に使用せず、符号化処理順の近い左のツリーブロックのみを使用する。

また、図１２で示されるように、ツリーブロックの中の符号化ブロックを図１２中の斜線矩形とすると、実細線が符号化処理順を表し、符号化ブロックまでに符号化されたブロックは図１２中の灰色部分で表される。同じツリーブロック内部では符号化ブロックと符号化済みブロックの符号化処理順が離れておらず、同じ或いは似た絵柄となることが多いので、同じツリーブロック内部では上の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することは有効である。実施例１では、符号化処理順で近い符号化済みブロックよりも、近接する符号化済みブロックを予測に使用することを優先する。

図１３は分割されたツリーブロック内部の各符号化ブロックが参照する符号化済みブロックの方向を太矢印で表す。図１３中の実細線は符号化処理順を表しており、符号化ブロックは符号化処理順で近い符号化済みブロックよりも、近接する符号化済みブロックを優先する。図１３中のツリーブロックの上端に位置するＢＬＫ０及びＢＬＫ１は上のツリーブロックと境界を接しているので、上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータのみを使用する。ＢＬＫ２及びＢＬＫ３は上に近接する符号化済みブロックが同じツリーブロック内部にあるので、上の符号化済みブロックの量子化パラメータと左の符号化済みブロックの量子化パラメータとを予測に使用する。

図１４は本実施の形態で定義する符号化ブロックと周囲に近接する既符号化済みのブロックとの配置を示す。本実施の形態では説明の都合上、各ブロックのサイズを同じものとして表記しているが、例えば動き予測等でブロックサイズを変えて、最適な動き予測を行う場合にでも、符号化ブロックの左上の点を基準として、その周囲に近接するブロックを選抜することで実現可能である。

図１４の記載の記号ＱＰｘ（ｘ＝Ｌ，Ａ，ＡＬ）は、周囲の既符号化済みの近接ブロックの量子化パラメータを表す。予測量子化パラメータ導出部１１４は、図１４に示される左と上の近接ブロックの量子化パラメータの有無により、予測量子化パラメータを判定する。

予測量子化パラメータ導出部１１４の動作について説明する。図１５は実施例１における予測量子化パラメータ導出部１１４の動作を示すフローチャートである。

まず、符号化対象の符号化ブロックの位置情報が取得される（Ｓ１００）。符号化ブロックの位置情報は、画面の左上を基点として、符号化ブロックを含むツリーブロックの左上の位置が求められ、更にツリーブロックの左上の位置から符号化ブロックの位置が求められる。次に符号化ブロックが上のツリーブロックと近接しているか否かが判定される（Ｓ１０１）。

符号化ブロックが上のツリーブロックと近接している場合（Ｓ１０１のＹｅｓ）、即ち符号化ブロックがツリーブロックの上端に位置している場合は上の近接ブロックが上のツリーブロックの中に含まれる為、ツリーブロック境界を越えてしまうので、量子化パラメータ予測に上の近接ブロックを使用しない。ここで、量子化パラメータは常に正値をとることに着目して、上の近接ブロックを使用しない場合、上の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＡを０に設定する（Ｓ１０２）。

一方、符号化ブロックが上のツリーブロックと近接していない場合（Ｓ１０１のＮｏ）、即ち上の近接ブロックが符号化ブロックと同一のツリーブロックの中に位置している場合は、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する上の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＡを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ１０３）。

続いて、符号化ブロックの左に近接する符号化済みブロックが存在するか否かを判定する（Ｓ１０４）。左に近接ブロックが存在する場合（Ｓ１０４のＹｅｓ）、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ１０５）。左の近接ブロックが存在しない場合（Ｓ１０４のＮｏ）、左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを０に設定する（Ｓ１０６）。

次に左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに正であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに正の場合（Ｓ１０７のＹｅｓ）、左及び上の両方の近接ブロックが存在するので、左と上の近接ブロックの量子化パラメータの平均値を予測量子化パラメータとする（Ｓ１１１）。一方、左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに正でない場合（Ｓ１０７のＮｏ）、即ち少なくとも左或いは上のどちらか一方の近接ブロックの量子化パラメータが０であり、少なくとも左或いは上のどちらか一方の近接ブロックが存在しないことになる。この場合はＳ１０８に進む。

次に左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに０であるか否かを判定する（Ｓ１０８）。即ち、左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに０の場合、両方ともに存在しないので、予測量子化パラメータとして左及び上の近接ブロックの量子化パラメータを参照出来ない。そこで、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータ（ｐｒｅｖＱＰ）を予測量子化パラメータとする。尚、画像の左上端のブロックが符号化ブロックである場合は、左と上の近接ブロック、更に符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックが存在しないので、ピクチャ或いはスライスの量子化パラメータを予測量子化パラメータとする（Ｓ１０９）。左或いは上の近接ブロックのどちらか一方が存在する場合、正である一方の量子化パラメータを予測量子化パラメータとする（Ｓ１１０）。こうして算出された予測量子化パラメータは差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

また、予測量子化パラメータ導出部１１４は、図１４に示される符号化ブロックの周囲の左、上及び左上の近接ブロックの量子化パラメータにより、予測量子化パラメータを判定することも可能である。上述した手法との相違は、予測量子化パラメータの判定に基づいて、左及び上の近接ブロックの量子化パラメータに重み付けを行い、導出される値を予測量子化パラメータとする点である。

図１６は予測量子化パラメータ導出部１１４の動作を示すフローチャートである。図１６のフローチャートのＳ２００からＳ２１０の処理過程は、上述した図１５のフローチャートのＳ１００からＳ１１０と同様なので説明を割愛し、左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに正であるか否かの判定において（Ｓ２０７）、左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに正の場合（Ｓ２０７のＹｅｓ）から説明する。左及び上の近接ブロックの量子化パラメータがともに正の場合、左及び上の両方の近接ブロックが存在する。この時、左上の近接ブロックも存在するので、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する左上の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＡＬを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ２１１）。

次に、左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬと左上の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＡＬとの一致判定を行う（Ｓ２１２）。ＱＰＬとＱＰＡＬが一致する場合、上の近接ブロックの量子化パラメータの重み付け係数ＦＡ、左の近接ブロックの量子化パラメータの重み付け係数ＦＬとすると、ＦＡ＞ＦＬとなるように上の近接ブロックの量子化パラメータに対して重み付けを大きく設定する（Ｓ２１３）。例えば、ＦＡを３、ＦＬを１に設定する。この場合、一例として図８で示される量子化パラメータの配置が考えられるので、上の近接ブロックの量子化パラメータの重み付けを大きく設定することは適当と言える。また、ＱＰＡもＱＰＬ及びＱＰＡＬと一致する場合は、全ての近接ブロックの量子化パラメータが同じとなるので問題ない。ＱＰＬとＱＰＡＬが一致しない場合、Ｓ２１４に進み、ＱＰＡとＱＰＡＬとの一致判定を行う（Ｓ２１４）。ＱＰＡとＱＰＡＬが一致する場合、ＦＡ＜ＦＬとなるように左の近接ブロックの量子化パラメータに対して重み付けを大きく設定する（Ｓ２１５）。例えば、ＦＡを１、ＦＬを３に設定する。ＱＰＡとＱＰＡＬが一致しない場合、ＦＡとＦＬを同じ重み付けとし、左と上の近接ブロックの量子化パラメータに対する重み付けを均等化する（Ｓ２１６）。この場合、左、上及び左上の近接ブロックの量子化パラメータが全て異なるので、ＱＰＬ或いはＱＰＡのどちらか一方の重み付けを大きく設定するには十分な条件判定が出来ない。そこで、ＱＰＬとＱＰＡの平均を予測量子化パラメータとして、均等な判定値とし、例えば、ＦＡを２、ＦＬを２に設定する。決定した重み付け係数からと各量子化パラメータから次式にて予測量子化パラメータｐｒｅｄＱＰを導出する（Ｓ２１７）。

ここで、上式の分母はＦＡ＋ＦＬであり、分子の２は四捨五入の為に加算される（ＦＡ＋ＦＬ）／２の値である。こうして導出された予測量子化パラメータは差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

更に、図１６中のＳ２１２のＱＰＬとＱＰＡＬ及びＳ２１４のＱＰＡとＱＰＡＬの同一判定に代わって、左と左上の近接ブロックの量子化パラメータの差分絶対値をΔＬ、上と左上の近接ブロックの量子化パラメータの差分絶対値をΔＡとして、ΔＬとΔＡの比較に基づいて、左或いは上の量子化パラメータを予測量子化パラメータとして選択することも可能である。

符号化ブロックとその周囲の既符号化済みの近接ブロックにおいて、ΔＬ及びΔＡは左と左上、上と左上の近接ブロックの量子化パラメータの差分絶対値を表し、それぞれ次式で表される。

ΔＡがΔＬよりも大きくなる場合は、ＱＰＡとＱＰＡＬとの差が大きい場合であり、上と左上の近接ブロックの間で画像の滑らかさ或いは複雑さが左と左上の近接ブロック間よりも異なっている（変化が大きい）と推察される。その為、符号化ブロックとその周囲の既符号化済みの近接ブロックにおいて、左２つのブロック（左と左上の近接ブロック）と右２つのブロック（符号化ブロックと上の近接ブロック）とで量子化パラメータの差が生じると考えられるので、符号化ブロックの量子化パラメータは左の近接ブロックの量子化パラメータよりも上の近接ブロックの量子化パラメータに近いと判定する。

復号処理の場合は、予測量子化パラメータ導出部を１１４から２０５、符号化情報格納メモリを１１３から２０４に符号を置き換え、予測量子化パラメータの出力先を差分量子化パラメータ生成部１１１から量子化パラメータ生成部２０３とすることで、同等の処理を実現する。

［実施例２］
実施例２における予測量子化パラメータ導出部１１４及び２０５の動作について説明する。尚、ここでは符号化処理について説明するが、復号処理の場合は、符号化が復号となり、予測量子化パラメータ導出部を１１４から２０５、符号化情報格納メモリを１１３から２０４に符号を置き換え、予測量子化パラメータの出力先を差分量子化パラメータ生成部１１１から量子化パラメータ生成部２０３とすることで、同等の処理を実現するものとする。実施例２では、実施例１と同様に、符号化対象の符号化ブロックに近接する左と上の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する。一方、実施例１との相違は、符号化ブロックが上のツリーブロックと近接する場合と同様に、左のツリーブロックと近接する場合に、左のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することを禁止する点である。これは、符号化ブロックの量子化パラメータの算出が符号化制御の符号化処理順に基づいて行われるので、ツリーブロック内部に比べてツリーブロック間では符号化処理順が符号化ブロック間で離れてしまい、ツリーブロック間で符号化ブロックが近接していたとしても、符号量制御で算出される符号化ブロックの量子化パラメータが必ずしも近い値にならず、予測量子化パラメータとして適さないことがある為である。そこで、実施例２では、符号化または復号対象の符号化ブロックが左或いは上のツリーブロックと近接する場合には、左或いは上のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、符号化処理順で符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータに置き換えて使用することとする。

図１７は分割されたツリーブロック内部の各符号化ブロックが参照する符号化済みブロックの方向を太矢印で表す。図１７中の実細線は符号化処理順を表しており、符号化ブロックは、符号化ブロックを含むツリーブロック内部で近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを原則使用する。図１８中のツリーブロックの上端に位置するＢＬＫ０は左及び上のツリーブロックと境界を接しているので、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータを左及び上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータに置き換えて予測に使用する。ＢＬＫ１は上のツリーブロックと境界を接しているので、上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータに置き換えて、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータとともに予測に使用する。ＢＬＫ２は左のツリーブロックと境界を接しているので、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータに置き換えて、上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータとともに予測に使用する。ＢＬＫ３は左及び上に近接する符号化済みブロックが同じツリーブロック内部にあるので、上の符号化済みブロックの量子化パラメータと左の符号化済みブロックの量子化パラメータとを予測に使用する。

図１８は実施例２における予測量子化パラメータ導出部１１４の動作を示すフローチャートである。

まず、符号化対象の符号化ブロックの位置情報が取得される（Ｓ３００）。符号化ブロックの位置情報は、画面の左上を基点として、符号化ブロックを含むツリーブロックの左上の位置が求められ、更にツリーブロックの左上の位置から符号化ブロックの位置が求められる。次に符号化ブロックが上のツリーブロックと近接しているか否かが判定される（Ｓ３０１）。符号化ブロックが上のツリーブロックと近接している場合（Ｓ３０１のＹｅｓ）、即ち符号化ブロックがツリーブロックの上端に位置している場合は上の近接ブロックが上のツリーブロックの中に含まれる為、ツリーブロック境界を越えてしまうので、量子化パラメータ予測に上の近接ブロックを使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化した符号化ブロックの量子化パラメータｐｒｅｖＱＰをＱＰＡに設定する（Ｓ３０２）。

一方、符号化ブロックが上のツリーブロックと近接していない場合（Ｓ３０１のＮｏ）、即ち上の近接ブロックが符号化ブロックと同一のツリーブロックの中に位置している場合は、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する上の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＡを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ３０３）。

続いて、符号化ブロックが左のツリーブロックと近接しているか否かが判定される（Ｓ３０４）。符号化ブロックが左のツリーブロックと近接している場合（Ｓ３０４のＹｅｓ）、即ち符号化ブロックがツリーブロックの左端に位置している場合は左の近接ブロックが左のツリーブロックの中に含まれる為、ツリーブロック境界を越えてしまうので、量子化パラメータ予測に左の近接ブロックを使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化した符号化ブロックの量子化パラメータｐｒｅｖＱＰをＱＰＬに設定する（Ｓ３０５）。

一方、符号化ブロックが左のツリーブロックと近接していない場合（Ｓ３０４のＮｏ）、即ち左の近接ブロックが符号化ブロックと同一のツリーブロックの中に位置している場合は、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ３０６）。最後に左と上の近接ブロックの量子化パラメータの平均値を予測量子化パラメータとする（Ｓ３０７）。こうして算出された予測量子化パラメータは差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

実施例２では、左及び上の近接ブロックがツリーブロック境界を越える場合には、それぞれの量子化パラメータを符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化した符号化ブロックの量子化パラメータとして代用する為、必ず非０の値を備えるので、実施例１よりも量子化パラメータの値の判定処理を削減することが可能となる。

［実施例３］
実施例３における予測量子化パラメータ導出部１１４及び２０５の動作について説明する。尚、ここでは符号化処理について説明するが、復号処理の場合は、符号化が復号となり、予測量子化パラメータ導出部を１１４から２０５、符号化情報格納メモリを１１３から２０４に符号を置き換え、予測量子化パラメータの出力先を差分量子化パラメータ生成部１１１から量子化パラメータ生成部２０３とすることで、同等の処理を実現するものとする。実施例１との相違は、符号化または復号対象の符号化ブロックが上のツリーブロックと近接する場合と同様に、左のツリーブロックと近接する場合に、左のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することを禁止する点である。即ち、ツリーブロック境界を越えての符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用するのは、ツリーブロック内部で最初の符号化処理順の符号化ブロックが符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータを使用する場合のみに制限する。

図１９は分割されたツリーブロック内部の各符号化ブロックが参照する符号化済みブロックの方向を太矢印で表す。図１９中の実細線は符号化処理順を表しており、符号化ブロックは、符号化ブロックを含むツリーブロック内部で近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを使用する。

図１９中のツリーブロックの上端に位置するＢＬＫ０は左及び上のツリーブロックと境界を接しているので、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータのみ予測に使用する。ＢＬＫ１は上のツリーブロックと境界を接しているので、上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータのみ予測に使用する。ＢＬＫ２は左のツリーブロックと境界を接しているので、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータのみ予測に使用する。ＢＬＫ３は左及び上に近接する符号化済みブロックが同じツリーブロック内部にあるので、上の符号化済みブロックの量子化パラメータと左の符号化済みブロックの量子化パラメータとを予測に使用する。

図２０は実施例３における予測量子化パラメータ導出部１１４の動作を示すフローチャートである。図２０のフローチャートのＳ４００からＳ４０３及びＳ４０７からＳ４１１までは実施例１の図１５のＳ１００からＳ１０３及びまでＳ１０７からＳ１１１と同じであるので、説明を割愛し、符号化ブロックが上のツリーブロックと近接しているか否か判定された後のＳ４０４からの相違のみ説明する。

符号化ブロックと上のツリーブロックとの近接判定後に、符号化ブロックが左のツリーブロックと近接しているか否かが判定される（Ｓ４０４）。符号化ブロックが左のツリーブロックと近接している場合（Ｓ４０４のＹｅｓ）、即ち符号化ブロックがツリーブロックの左端に位置している場合は左の近接ブロックが左のツリーブロックの中に含まれる為、ツリーブロック境界を越えてしまうので、量子化パラメータ予測に左の近接ブロックを使用しない。ここで、量子化パラメータは常に正値をとることに着目して、左の近接ブロックを使用しない場合、左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを０に設定する（Ｓ４０５）。一方、符号化ブロックが左のツリーブロックと近接していない場合（Ｓ４０４のＮｏ）、即ち左の近接ブロックが符号化ブロックと同一のツリーブロックの中に位置している場合は、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ４０６）。こうして取得された左及び上の近接ブロックの量子化パラメータから予測量子化パラメータが導出され、予測量子化パラメータは差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

［実施例４］
実施例４における予測量子化パラメータ導出部１１４及び２０５の動作について説明する。尚、ここでは符号化処理について説明するが、復号処理の場合は、符号化が復号となり、予測量子化パラメータ導出部を１１４から２０５、符号化情報格納メモリを１１３から２０４に符号を置き換え、予測量子化パラメータの出力先を差分量子化パラメータ生成部１１１から量子化パラメータ生成部２０３とすることで、同等の処理を実現するものとする。実施例４では、符号化または復号対象の符号化ブロックが左或いは上のツリーブロックと近接する場合に、左或いは上のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することを禁止する。更に、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することを原則とし、左に近接する符号化ブロックが存在しない或いはツリーブロック境界を越えた位置に存在する場合は、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータを予測に使用する。

図２１は分割されたツリーブロック内部の各符号化ブロックが参照する符号化済みブロックの方向を太矢印で表す。図２１中の実細線は符号化処理順を表しており、符号化ブロックは、符号化ブロックを含むツリーブロック内部で左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に原則使用する。

図２１中のツリーブロックの上端に位置するＢＬＫ０は左及び上のツリーブロックと境界を接しているので、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータを予測に使用する。ＢＬＫ１及びＢＬＫ３は、左に近接する符号化済みブロックが同じツリーブロック内部にあるので、左の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する。ＢＬＫ２は左のツリーブロックと境界を接しているので、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータを予測に使用する。

図２２は実施例４における予測量子化パラメータ導出部１１４の動作を示すフローチャートである。まず、符号化対象の符号化ブロックの位置情報が取得される（Ｓ５００）。符号化ブロックの位置情報は、画面の左上を基点として、符号化ブロックを含むツリーブロックの左上の位置が求められ、更にツリーブロックの左上の位置から符号化ブロックの位置が求められる。次に符号化ブロックが左のツリーブロックと近接しているか否かが判定される（Ｓ５０１）。符号化ブロックが左のツリーブロックと近接している場合（Ｓ５０１のＹｅｓ）、即ち符号化ブロックがツリーブロックの左端に位置している場合は左の近接ブロックが左のツリーブロックの中に含まれる為、ツリーブロック境界を越えてしまうので、量子化パラメータ予測に左の近接ブロックを使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化した符号化ブロックの量子化パラメータｐｒｅｖＱＰを予測量子化パラメータとして設定する（Ｓ５０２）。一方、符号化ブロックが左のツリーブロックと近接していない場合（Ｓ５０１のＮｏ）、即ち左の近接ブロックが符号化ブロックと同一のツリーブロックの中に位置している場合は、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを取得し、予測量子化パラメータとして設定する（Ｓ５０３）。こうして導出された予測量子化パラメータは差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

実施例４では、符号化ブロックの符号化済みの左の近接ブロックの量子化パラメータを原則予測に使用するようにしたので、これまでの実施例に比べて判定処理が簡便化され、回路規模を抑えることが可能となる。

［実施例５］
実施例５における予測量子化パラメータ導出部１１４及び２０５の動作について説明する。尚、ここでは符号化処理について説明するが、復号処理の場合は、符号化が復号となり、予測量子化パラメータ導出部を１１４から２０５、符号化情報格納メモリを１１３から２０４に符号を置き換え、予測量子化パラメータの出力先を差分量子化パラメータ生成部１１１から量子化パラメータ生成部２０３とすることで、同等の処理を実現するものとする。実施例５は実施例１と２の組合せであり、符号化または復号対象の符号化ブロックが左のツリーブロックと近接する場合は、左に近接するツリーブロックの符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用を許可する。符号化ブロックが上のツリーブロックと近接する場合は、上のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用することを禁止し、上のツリーブロックの中の符号化済みブロックの量子化パラメータに代わりに符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータを予測に使用する。

図２３は分割されたツリーブロック内部の各符号化ブロックが参照する符号化済みブロックの方向を太矢印で表す。図２３中の実細線は符号化処理順を表しており、符号化対象の符号化ブロックは符号化処理順で近い符号化済みブロックよりも、近接する符号化済みブロックを優先する。

図２３中のツリーブロックの上端に位置するＢＬＫ０及びＢＬＫ１は上のツリーブロックと境界を接しているので、上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用せず、代わりに符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化したブロックの量子化パラメータと左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する。ＢＬＫ２及びＢＬＫ３は上に近接する符号化済みブロックが同じツリーブロック内部にあるので、上の符号化済みブロックの量子化パラメータと左の符号化済みブロックの量子化パラメータとを予測に使用する。

実施例５における予測量子化パラメータ導出部１１４の詳細な動作について説明する。図２４は実施例５における予測量子化パラメータ導出部１１４の動作を示すフローチャートである。

まず、符号化対象の符号化ブロックの位置情報が取得される（Ｓ６００）。符号化ブロックの位置情報は、画面の左上を基点として、符号化ブロックを含むツリーブロックの左上の位置が求められ、更にツリーブロックの左上の位置から符号化ブロックの位置が求められる。次に符号化ブロックが上のツリーブロックと近接しているか否かが判定される（Ｓ６０１）。符号化ブロックが上のツリーブロックと近接している場合（Ｓ６０１のＹｅｓ）、即ち符号化ブロックがツリーブロックの上端に位置している場合は上の近接ブロックが上のツリーブロックの中に含まれる為、ツリーブロック境界を越えてしまうので、量子化パラメータ予測に上の近接ブロックを使用せず、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化した符号化ブロックの量子化パラメータｐｒｅｖＱＰをＱＰＡに設定する（Ｓ６０２）。

一方、符号化ブロックが上のツリーブロックと近接していない場合（Ｓ６０１のＮｏ）、即ち上の近接ブロックが符号化ブロックと同一のツリーブロックの中に位置している場合は、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する上の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＡを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ６０３）。

続いて、符号化ブロックの左に近接する符号化済みブロックが存在するか否かを判定する（Ｓ６０４）。左に近接ブロックが存在する場合（Ｓ６０４のＹｅｓ）、符号化ブロックの左上の基準位置情報から、符号化情報格納メモリ１１３に格納された記憶領域をアクセスして、該当する左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを予測量子化パラメータ導出部１１４に供給する（Ｓ６０５）。左の近接ブロックが存在しない場合（Ｓ６０４のＮｏ）、左の近接ブロックの量子化パラメータＱＰＬを０に設定する（Ｓ６０６）。

次に左の近接ブロックの量子化パラメータが正であるか否かを判定する（Ｓ６０７）。左の近接ブロックの量子化パラメータが正の場合（Ｓ６０７のＹｅｓ）、左の近接ブロックが存在するので、左と上の近接ブロックの量子化パラメータの平均値を予測量子化パラメータとする（Ｓ６０８）。一方、左の近接ブロックの量子化パラメータが正でない場合（Ｓ６０７のＮｏ）、即ち左の近接ブロックの量子化パラメータが０であり、左の近接ブロックが存在しないことになる。この場合には、ＱＰＡを予測量子化パラメータとする（Ｓ６０９）。こうして算出された予測量子化パラメータは差分量子化パラメータ生成部１１１に供給される。

実施の形態の動画像符号化装置によれば、符号化対象のブロック毎に符号化される量子化パラメータを、周囲の符号化済みのブロックの量子化パラメータ及び符号化情報を用いて、最適な予測量子化パラメータを予測して導出し、量子化パラメータと予測量子化パラメータとの差分をとり符号化することで、画質を変化させずに、量子化パラメータの符号量を削減して、符号化効率を向上させることが出来る。

また、符号化側と復号側で、量子化パラメータ予測の共通の機能として実装出来るので、回路規模を縮小することが出来る。これは、符号化済みの近接ブロックが符号化側では次の符号化ブロックの予測の為に局部復号したブロックとなり、復号済みブロックと同一である為、符号化側と復号側で矛盾を生じないように量子化パラメータ予測の判定を実現したことによる。

尚、上述の説明では、符号化ブロックを単位として量子化パラメータの予測を行ったが、ツリーブロック内の分割を増やし、ブロックサイズの小さい符号化ブロックが多く発生すると、符号量制御における符号化ブロック当たりの割当符号量は小さくなり過ぎて、量子化パラメータが適切に算出されない場合がある。また、符号化及び復号時に量子化パラメータ等の符号化情報を記憶しておく動画像符号化装置１００及び動画像復号装置２００の符号化情報格納メモリ１１３及び２０４のメモリ量を増加させることにもなる。そこで、量子化パラメータを符号化、伝送する単位として量子化グループというブロックを新たに設定し、このブロック単位に量子化パラメータの予測を行うことにしてもよい。

量子化グループはツリーブロックのサイズに従って決定されるブロックであり、そのサイズはツリーブロックのブロックの辺の長さに１／２ｎ倍（ｎは０以上の整数）を乗じた値で表される。即ち、ツリーブロックのブロックの辺の長さをｎビット右にシフトした値が量子化グループの辺の長さとなる。この値はツリーブロック構造と同じようにブロックサイズが決定されるので、ツリーブロックとの親和性が高い。また、ツリーブロック内を均等サイズで分割されるので、符号化情報格納メモリ１１３及び２０４に記憶される量子化パラメータの管理や読み出しを簡便化することが出来る。

図２５はツリーブロック内部をツリーブロック構造で分割した一例を示す。ツリーブロックのブロックサイズは６４×６４とし、ツリーブロック内部を階層的に４分割し、１回目の分割で３２×３２ブロック（図２５中の点線矩形）、２回目の分割で１６×１６ブロック（図２５中の斜線矩形）、３回目の分割で８×８ブロック（図２５中の白抜き矩形）の符号化ブロックに分割される。ここで、量子化グループを１６×１６の矩形ブロックとすると、量子化グループは図２５の太点線で表され、量子化グループ単位に量子化パラメータの予測を行う。

符号化対象の符号化ブロックが量子化グループのブロックサイズよりも大きい場合（３２×３２ブロック）、例えば図２５の点描矩形で表される符号化ブロックの内部は量子化グループで４つに分割される。量子化グループにより４分割されているものの、この符号化ブロックの量子化パラメータは１つであるので、符号化ブロックのサイズが量子化グループより大きい場合は、符号化ブロックの量子化パラメータの予測後の差分量子化パラメータを符号化、伝送し、４つに分割された量子化グループそれぞれに対応する符号化情報格納メモリ１１３及び２０４のメモリ領域に同じ量子化パラメータを記憶する。メモリ内部で量子化パラメータが重複することになるが、量子化パラメータの予測での周囲の符号化済みブロックの量子化パラメータのアクセスしやすくなる。

符号化対象の符号化ブロックが量子化グループのブロックサイズと同じ場合（１６×１６ブロック）、上述した符号化ブロック単位での量子化パラメータの予測の場合と同じである。

符号化対象の符号化ブロックが量子化グループのブロックサイズより小さい場合（８×８ブロック）、例えば図２５の白抜き矩形で表される符号化ブロックであり、量子化グループの中に４つの符号化ブロックが収納されるので、量子化グループの中の符号化ブロックは個々で量子化パラメータを備えるのではなく、量子化グループ内で１つの量子化パラメータを備え、その量子化パラメータで個々の符号化ブロックを符号化することとする。尚、量子化グループの量子化パラメータとして、量子化グループ内の４つの符号化ブロックの量子化パラメータから１つを代表値として選択、平均値等算出方法があるが、ここでは特に限定しない。

図２６は符号化ブロックが量子化グループのブロックサイズより小さい場合の量子化パラメータの予測の一例を示す。図２６の中の斜線矩形は符号化対象の符号化ブロック、灰色矩形は符号化ブロックを含む量子化グループが量子化パラメータの予測で使用する符号化済みブロックを示し、細実線は符号化処理順を表す。量子化パラメータの予測は、処理対象の量子化グループの左上隅の画素の位置を基準にして行う。上に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する場合は、図２６の中の斜線矩形は符号化対象の符号化ブロックを含む量子化グループの左上隅の画素に対して、１画素上に近接する画素を含む符号化済みブロック近接位置を算出し、その位置に該当するアドレスに記憶されている量子化パラメータを符号化情報格納メモリ１１３及び２０４から呼び出す。同様にして、左に近接する符号化済みブロックの量子化パラメータを予測に使用する場合は、符号化対象の符号化ブロックを含む量子化グループの左上の画素に対して、１画素左に近接する画素を含む符号化済みブロックの位置を算出し、その位置に該当するアドレスに記録されている量子化パラメータを符号化情報格納メモリ１１３及び２０４から呼び出す。符号化対象の符号化ブロックを含む量子化グループの左上隅の画素の左及び上に近接する符号化済みブロックがツリーブロックの境界を越えている場合には、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前に符号化した符号化済みブロックの量子化パラメータを使用するので、符号化で符号化情報格納メモリ１１３及び２０４に量子化パラメータを記憶した時に記憶したメモリ上のアドレスを一時記憶しておき、符号化対象の符号化ブロックより前、ないし直前の位置に該当するアドレスに記憶されている量子化パラメータを符号化情報格納メモリ１１３及び２０４から呼び出す。こうして、符号化対象の符号化ブロックの量子化パラメータの予測が可能となる。

以上のように、量子化グループ単位の量子化パラメータの予測も上述した符号化ブロック単位の量子化パラメータの予測と同様に行うことが可能である。

尚、量子化グループのブロックサイズは、ビットストリームのヘッダー情報にブロックサイズを直接記述しても良いし、ツリーブロックサイズの１／２ｎ倍（ｎは０以上の整数）にするかを表すビットシフト量を記述しても良い。例えば、ピクチャのヘッダー情報の中に、ピクチャ単位で量子化パラメータ予測を行い、差分量子化パラメータをビットストリーム中に記述し伝送するか否かを指定するフラグｃｕ＿ｑｐ＿ｄｅｌｔａ＿ｅｎａｂｌｅ＿ｆｌａｇを定義し、更にフラグｃｕ＿ｑｐ＿ｄｅｌｔａ＿ｅｎａｂｌｅ＿ｆｌａｇを有効とする（“１”に設定）場合にのみ、量子化グループのサイズを決定するパラメータｄｉｆｆ＿ｃｕ＿ｑｐ＿ｄｅｌｔａ＿ｄｅｐｔｈをビットストリームに記述する。量子化グループのサイズは、ツリーブロックのサイズが２ｎで示される場合に、指数ｎからｄｉｆｆ＿ｃｕ＿ｑｐ＿ｄｅｌｔａ＿ｄｅｐｔｈを引いた値を指数とした２の冪乗で表されることになる。また、特にビットストリームに記述せずに、符号化と復号で暗黙に量子化グループのサイズを決めておいても良い。

以上述べた実施の形態の動画像符号化装置が出力する動画像の符号化ストリームは、実施の形態で用いられた符号化方法に応じて復号することができるように特定のデータフォーマットを有しており、動画像符号化装置に対応する動画像復号装置がこの特定のデータフォーマットの符号化ストリームを復号することができる。

動画像符号化装置と動画像復号装置の間で符号化ストリームをやりとりするために、有線または無線のネットワークが用いられる場合、符号化ストリームを通信路の伝送形態に適したデータ形式に変換して伝送してもよい。その場合、動画像符号化装置が出力する符号化ストリームを通信路の伝送形態に適したデータ形式の符号化データに変換してネットワークに送信する動画像送信装置と、ネットワークから符号化データを受信して符号化ストリームに復元して動画像復号装置に供給する動画像受信装置とが設けられる。

動画像送信装置は、動画像符号化装置が出力する符号化ストリームをバッファするメモリと、符号化ストリームをパケット化するパケット処理部と、パケット化された符号化データをネットワークを介して送信する送信部とを含む。動画像受信装置は、パケット化された符号化データをネットワークを介して受信する受信部と、受信された符号化データをバッファするメモリと、符号化データをパケット処理して符号化ストリームを生成し、動画像復号装置に提供するパケット処理部とを含む。

以上の符号化及び復号に関する処理は、ハードウェアを用いた伝送、蓄積、受信装置として実現することができるのは勿論のこと、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）やフラッシュメモリ等に記憶されているファームウェアや、コンピュータ等のソフトウェアによっても実現することができる。そのファームウェアプログラム、ソフトウェアプログラムをコンピュータ等で読み取り可能な記録媒体に記録して提供することも、有線あるいは無線のネットワークを通してサーバから提供することも、地上波あるいは衛星ディジタル放送のデータ放送として提供することも可能である。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

１００動画像符号化装置、１０１画像メモリ、１０２残差信号生成部、１０３直交変換・量子化部、１０４第２の符号化ビット列生成部、１０５逆量子化・逆直交変換部、１０６復号画像信号重畳部、１０７復号画像メモリ、１０８予測画像生成部、１０９アクティビティ算出部、１１０量子化パラメータ算出部、１１１差分量子化パラメータ生成部、１１２第１の符号化ビット列生成部、１１３符号化情報格納メモリ、１１４予測量子化パラメータ導出部、１１５符号化ビット列多重化部、２００動画像復号装置、２０１ビット列分離部、２０２第１符号化ビット列復号部、２０３量子化パラメータ生成部、２０４符号化情報格納メモリ、２０５予測量子化パラメータ導出部、２０６第２符号化ビット列復号部、２０７逆量子化・逆直交変換部、２０８復号画像信号重畳部、２０９予測画像生成部、２１０復号画像メモリ。

Claims

動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化装置であって、
前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出部と、
前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出部と、
前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成部と、
前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化部とを備え、
前記予測量子化パラメータ導出部は、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出することを特徴とする動画像符号化装置。
動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位で符号化する動画像符号化方法であって、
前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、
前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、
前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、
前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、
前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出することを特徴とする動画像符号化方法。
動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位で符号化する動画像符号化プログラムであって、
前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、
前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、
前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、
前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとをコンピュータに実行させ、
前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出することを特徴とする動画像符号化プログラム。
動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化方法により符号化された符号化ビット列をパケット化して符号化データを得るパケット処理部と、
パケット化された前記符号化データを送信する送信部とを備え、
前記動画像符号化方法は、
前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、
前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、
前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、
前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、
前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出することを特徴とする送信装置。
動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化方法により符号化された符号化ビット列をパケット化して符号化データを得るパケット処理ステップと、
パケット化された前記符号化データを送信する送信ステップとを備え、
前記動画像符号化方法は、
前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、
前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、
前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、
前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、
前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出することを特徴とする送信方法。
動画像の各ピクチャを所定サイズで分割した第１のブロックの中を更に１つ或いは複数の第２のブロックに分割して前記動画像をブロック単位に符号化する動画像符号化方法により符号化された符号化ビット列をパケット化して符号化データを得るパケット処理ステップと、
パケット化された前記符号化データを送信する送信ステップとをコンピュータに実行させ、
前記動画像符号化方法は、
前記第２のブロックの量子化パラメータを算出する量子化パラメータ算出ステップと、
前記第２のブロックの左に近接する第３のブロック及び前記第２のブロックの上に近接する第４のブロックの量子化パラメータを用いて前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出する予測量子化パラメータ導出ステップと、
前記第２のブロックの量子化パラメータと前記予測量子化パラメータとの差分により前記第２のブロックの差分量子化パラメータを生成する差分量子化パラメータ生成ステップと、
前記第２のブロックの差分量子化パラメータを符号化する符号化ステップとを備え、
前記予測量子化パラメータ導出ステップは、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第３のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第３のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、符号化順で前記第２のブロックの直前に符号化された第５のブロックの量子化パラメータを第１の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えていない位置にある場合は、前記第４のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、前記第４のブロックが前記第１のブロックの境界を越えた位置にある場合は、前記第５のブロックの量子化パラメータを第２の量子化パラメータとし、第１の量子化パラメータ及び第２の量子化パラメータを用いて、前記第２のブロックの予測量子化パラメータを導出することを特徴とする送信プログラム。