JP6146492B2 - 映像量子化パラメータ符号化方法及び映像量子化パラメータ復号方法 - Google Patents

映像量子化パラメータ符号化方法及び映像量子化パラメータ復号方法 Download PDF

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Description

本発明は、コンテキストベース適応２値算術符号化を用いる映像符号化の映像量子化パラメータを符号化する技術に関し、例えば映像符号化装置や映像復号装置などに好適に適用可能な映像量子化パラメータ符号化方法、映像量子化パラメータ復号方法、映像量子化パラメータ符号化器、映像量子化パラメータ復号器、映像量子化パラメータ符号化プログラム、及び映像量子化パラメータ復号プログラムに関する。
非特許文献１及び非特許文献２は、コンテキストベース適応２値算術符号化（CABAC: Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding ）を用いる映像符号化技術を開示している。
図１５は、CABAC を用いる映像符号化技術における、映像量子化パラメータ符号化装置の構成を示すブロック図である。図１５に示す映像量子化パラメータ符号化器（以後、一般的な映像量子化パラメータ符号化器という。）は、予測器１０１、バッファ１０２、２値化器１０３０、適応２値算術符号化器１０４、及びスイッチ（ＳＷ）１１１によって構成される。
一般的な映像量子化パラメータ符号化器に入力される、量子化パラメータ（QP : Quantization Parameter ）は、予測器１０１から供給される予測量子化パラメータ（PQP : Predicted QP）が減じられる。PQP が減じられたQP を差分量子化パラメータ（DQP : Delta QP）と呼ぶ。
非特許文献１において、PQP は、最後に再構築された画像ブロックの再構築量子化パラメータ（LastRQP : Last Reconstructed QP ）である。非特許文献２において、PQP は、左に隣接する画像ブロックの再構築量子化パラメータ（LeftRQP : Left Reconstructed QP ）又は最後に再構築された画像ブロックの再構築量子化パラメータ（LastRQP ）である。
DQP は、以後の量子化パラメータ符号化のために、PQP が加えられて再構築量子化パラメータ（RQP : Reconstructed QP）としてバッファ１０２に格納される。
２値化器１０３０は、DQP をバイナライズして、bin stringを得る。bin stringのひとつのビットをbin と呼び、bin stringにおいて、最初に２値算術符号化するbin を第１bin (１st bin )、２番目に２値算術符号化するbin を第２bin (２nd bin )、n番目に２値算術符号化するbin を第nbin (nth bin )と呼ぶ。なお、bin 及びbin stringは、非特許文献１の3.9 及び3.12において定義されている。
図１６は、非特許文献１及び非特許文献２における、DQP （右から１列目）とBin string（中央列）との対応表を示す説明図である。
図１６の左から１列目のbin string indexは、ある値のDQP に対応するbin stringのインデックスを示す。bin string indexは、DQP が０の場合に１、DQP が０より大きい場合に2*DQP −１、DQP が０未満の場合に-２*DQP＋１である（ただし、”* ”は乗算を表す。）
図１６における下から１行目のContext index は、対応する列のbin の２値算術符号化に用いるコンテキストのインデックスを示す。例えば、DQP=−１に対応するbin stringは１１０であり、第１bin の値は１、第２bin の値は１、第３bin の値は０となる。第１bin の２値算術符号化に用いるContext index は０、第２bin の当該Context indexは２、第３の当該Context indexは３である。なお、コンテキストは、bin の優勢シンボル（PS : Most Probable Symbol ）とその発生確率の組である。
適応２値算術符号化器１０４は、スイッチ１１１を介して供給されるbin stringのbin を先頭から対応するContext indexに関連付けられたコンテキストを用いて２値算術符号化する。また、適応２値算術符号化器１０４は、以後の２値算術符号化のために、２値算術符号化したbin の値に応じてContext indexに関連付けられたコンテキストを更新する。なお、適応２値算術符号化の詳細な動作は非特許文献１の9.3.4 に記載されている。
一般的な量子化パラメータ符号化器は、上述した動作に基づいて、入力される映像量子化パラメータを符号化する。
ISO/IEC 14496-10 Advanced Video Coding "WD3: Working Draft 3 of High-Efficiency Video Coding", Document: JCTVC-E603, Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) of ITU-T SG16 WP3 and ISO/IEC JTC１/SC29/WG11 5th Meeting: Geneva, CH, 16-23 March, 2011
一般的な量子化パラメータ符号化器は、図１６から理解されるように、有意なDQP の正負に関する情報と有意なDQP の絶対値に関する情報とを区別することなく２値化する。ゆえに、以下の３つの要因に起因して、有意なDQP を好適に符号化できない課題がある。
第１の要因は、第２bin （２ndの列のbin ）とそれ以降のbin （３rd以降の列のbin ）が、１つのbin では表現できない３つ以上の状態に関する情報を含むため、適切なコンテキストを用いて、bin を２値算術符号化できないことである。１つのbin で表現可能な情報はある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報である。しかし、第２bin とそれ以降のbin は、１つのbin では表現できない３つ以上の状態に関する情報を含んでいる。具体的には、図１６を参照すると、第２bin は、DQP の正負の情報、及び、有意なDQP の絶対値が１以上であるか否かを示す情報を含んでいる。また、後続する第３以降のbin（３rd以降の列）は、DQP の正負の情報と有意なDQP の絶対値の大きさを示す情報とを含んでいる。ゆえに、１つのbin では表現できない３つ以上の状態に関する情報を含む第２bin とそれ以降のbin は、適切なコンテキストによって２値算術符号化できない。
第２の要因は、DQP の値域が正負で非対称な場合に、冗長なbin を効率的に切り詰められないことである。DQP の値域が正負で非対称になると、伝送されないDQP のbin stringの存在により、冗長なbin を切り詰めることなく特定のDQP の符号化を行わなければならない。例えば、非特許文献１及び非特許文献２で定められるDQP の値域は−２６から２５であり、DQP の値域は正負で非対称ある。図１６を参照すると、DQP ＝−２６を符号化するとき、伝送しないDQP ＝２６のbin stringの存在により、冗長な第５２及び第５３のbin を切り詰めることなく符号化しなければならない。
第３の要因は、有意なDQP の正負の情報と有意なDQP の絶対値を独立に２値化する場合のbin の個数に対して、一般的な量子化パラメータ符号化器が扱うbin stringに含まれるbin の個数が約２倍になることである。bin の個数が多いと、符号化データの量が増え、かつ、DQP の符号化処理及び復号処理のスピードも低下する。
本発明は、上記の各要因を解消することによって、コンテキストベース適応２値算術符号化を用いる映像符号化の映像量子化パラメータを好適に符号化可能とすることを目的とする。
本発明による映像量子化パラメータ符号化方法は、コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像符号化処理のために、量子化パラメータを符号化する映像量子化パラメータ符号化方法であって、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、量子化パラメータ及び予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータが有意である場合、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin（bit ：差分量子化パラメータDQP を２値化して得られるビット列における各ビット）を第１のコンテキストを用いて、第１のbinに後続するbinであって差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、符号binに後続するbinであって差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術符号化し、生成された差分量子化パラメータに予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータの値域は正負で非対称であることを特徴とする。
本発明による映像量子化パラメータ復号方法は、コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像復号処理のために、量子化パラメータを復号する映像量子化パラメータ復号方法であって、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、第１のbinに後続するbinであって差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、符号binに後続するbinであって差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術復号し、２値算術復号された第１のbin、その他のbinおよび符号binを２値化解除することにより差分量子化パラメータを生成し、生成された差分量子化パラメータに予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータの値域は正負で非対称であることを特徴とする。
本発明による映像量子化パラメータ符号化器は、コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像符号化処理のために、量子化パラメータを符号化する映像量子化パラメータ符号化器であって、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、量子化パラメータ及び予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する演算手段と、差分量子化パラメータが有意である場合、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、第１のbinに後続するbinであって差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、符号binに後続するbinであって差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術符号化する量子化パラメータ符号化手段とを備え、量子化パラメータ符号化手段は、生成された差分量子化パラメータに予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータの値域は正負で非対称であることを特徴とする。
本発明による映像量子化パラメータ復号器は、コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像復号処理のために、量子化パラメータを復号する映像量子化パラメータ復号器であって、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、第１のbinに後続するbinであって差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、符号binに後続するbinであって差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術復号する量子化パラメータ復号手段とを備え、量子化パラメータ復号手段は、２値算術復号された第１のbin、その他のbinおよび符号binを２値化解除することにより差分量子化パラメータを生成し、生成された差分量子化パラメータに予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータの値域は正負で非対称であることを特徴とする。
本発明による映像量子化パラメータ符号化プログラムは、コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像符号化処理のために、量子化パラメータを符号化する映像量子化パラメータ符号化器におけるコンピュータに、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する処理と、量子化パラメータ及び予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する処理と、差分量子化パラメータが有意である場合、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、第１のbinに後続するbinであって差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、符号binに後続するbinであって差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術符号化する処理とを実行させ、生成された差分量子化パラメータに予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成させ、差分量子化パラメータの値域は正負で非対称であることを特徴とする。
本発明による映像量子化パラメータ復号プログラムは、コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像復号処理のために、量子化パラメータを復号する映像量子化パラメータ復号器におけるコンピュータに、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する処理と、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、第１のbinに後続するbinであって差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、符号binに後続するbinであって差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術復号する処理とを実行させ、２値算術復号された第１のbin、その他のbinおよび符号binを２値化解除することにより差分量子化パラメータを生成し、生成された差分量子化パラメータに予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成させ、差分量子化パラメータの値域は正負で非対称であることを特徴とする。
本発明によれば、コンテキストベース適応２値算術符号化を用いる映像符号化の映像量子化パラメータを好適に符号化することができる。
第１の実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の動作を示すフローチャートである。 DQPとBin stringの対応表の一例を示す説明図である。 第２の実施形態の映像量子化パラメータ復号器の構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の映像量子化パラメータ復号器の動作を示すフローチャートである。 第３の実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の映像量子化パラメータ復号器の構成を示すブロック図である。 第３の実施形態の映像量子化パラメータ復号器の動作を示すフローチャートである。 第４の実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の構成を示すブロック図である。 第４の実施形態の映像量子化パラメータ復号器の構成を示すブロック図である。 DQPとBin stringの対応表の他の例を示す説明図である。 本発明による映像量子化パラメータ符号化器及び映像量子化パラメータ復号器の機能を実現可能な情報処理システムの構成例を示すブロック図である。 本発明による映像量子化パラメータ符号化器における特徴的な構成要素を示すブロック図である。 本発明による映像量子化パラメータ復号器における特徴的な構成要素を示すブロック図である。 一般的な映像量子化パラメータ符号化器の構成を示すブロック図である。 DQPとBin stringの対応表の一般的な例を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
実施形態１．
図１は、本発明の第１の実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の構成を示すブロック図である。図１に示す映像量子化パラメータ符号化器は、予測器１０１、バッファ１０２、２値化器１０３１、適応２値算術符号化器１０４、２値算術符号化器１０５、スイッチ（ＳＷ）１１１及びスイッチ（ＳＷ）１１２を含む。
映像量子化パラメータ符号化器に入力される量子化パラメータQPは、予測器１０１から供給される予測量子化パラメータPQP が減じられる。
差分量子化パラメータDQP （DQP=QP-PQP）は、以後の量子化パラメータ符号化のために、PQP が加えられて再構築量子化パラメータRQP （RQP=DQP+PQP ）としてバッファ１０２に格納される。
本発明の特徴である２値化器１０３１は、入力されるDQP を、DQP が有意であるか否かを示す情報を第１bin （bin(１)）に対応させ、有意なDQP が正か負かを示す情報を第２bin （bin(２)）に対応させ、DQP の絶対値を示す情報を第３bin とそれ以降のbin（bin (n) ： n=3,4, …）とに対応させて２値化する。定式的には以下にようになる。
bin(１) = func1(DQP) ・・・（１）
bin(2) = func2(DQP) ・・・(２)
bin(n) = func3(n-２ ，｜DQP｜) ・・・(３)
ただし、func１(a)はａが０であれば０、０でなければ１を返す関数、func2(a)はａが正であれば０、正でなければ１を返す関数、func3(a,b)は、ａがｂ未満であれば１、そうでなければ０を返す関数である。なお、DQP が有意な値である場合（つまり、func1(DQP)が1である場合）でのみ、bin(n) （n=2,3,…）は符号化される。
適応２値算術符号化器１０４は、スイッチ１１１を介して供給されるbin stringの第２bin 以外の各bin （bin (n) ： n=1,3,4, …）をそのContext index に関連付けられたコンテキストを用いて２値算術符号化し、スイッチ１１２を介してその符号化データを出力する。また、適応２値算術符号化器１０４は、以後の２値算術符号化のために、２値算術符号化したbin の値に応じて、Context index に関連付けられたコンテキストを更新する。
２値算術符号化器１０５は、等確率にて、スイッチ１１１を介して供給されるbin stringの第２bin を２値算術符号化し、スイッチ１１２を介してその符号化データを出力する。
以上で、本実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の構成説明を終了する。
次に、図２のフローチャートを用いて、本実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の特徴である、２値化器１０３１、適応２値算術符号化器１０４、及び２値算術符号化器１０５の動作を説明する。
適応２値算術符号化器１０４は、初期値パラメータｎを３として処理を開始する。
ステップS１０１では、２値化器１０３１は、DQP が有意であるか否かを示す情報を第１bin に対応させ、有意なDQP が正であるか否かを示す情報を第２bin に対応させ、DQP の絶対値を示す情報を第３bin とそれ以降のbin とに対応させてDQP を２値化する。
ステップS１０２では、適応２値算術符号化器１０４は、bin (1) を適応２値算術符号化する。
ステップS１０３では、２値算術符号化器１０５は、DQP が有意であるか否かを判断する。DQP が有意であればステップS１０４に進む。そうでなければ処理を終了する。ステップS１０４では、２値算術符号化器１０５は、bin (2) を２値算術符号化する。ステップS１０５では、適応２値算術符号化器１０４は、bin(n)を適応２値算術符号化する。
ステップS１０６では、適応２値算術符号化器１０４は、bin stringのすべてのbin を符号化したか否かを判断する。すべてのbin を符号化した場合処理を終了する。そうでない場合、適応２値算術符号化器１０４は、後続するbin(n)を適応２値算術符号化するために、nをインクリメントしてステップS１０５に進む。
以上で、本実施形態の映像量子化パラメータ符号化器の特徴である、２値化器１０３１、適応２値算術符号化器１０４、及び、２値算術符号化器１０５の動作説明を終了する。
図３は、本発明における、DQP （右から1列目）とBin string（中央列）の対応表の一例を示す説明図である。
図３において、bin stringの第２列目のＸは、DQP が正であるか否か、つまり、DQP の正負を示す１ビットの情報を示す。Ｘ＝０を正、Ｘ＝１を負とすると、例えば、DQP = 1 のbin stringは１００、DQP = -1のbin stringは１１０となる。また、Context index の行におけるnaは、コンテキストを用いないこと（すなわち、優勢シンボルとその発生確率が固定があること）を示す。
本発明による２値化（バイナライゼーション）処理によって、上述した課題の起因である３つの要因は以下のように解消される。
第１の要因は、第２bin とそれ以降のbin が適切なコンテキストによって２値算術符号化されることによって解消される。図３を参照すると、第２bin は、DQP の正負の情報、すなわち、ある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示す。同様に、第３bin は、DQP の絶対値が１よりも大きいか否かの情報、すなわち、ある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示す。よって、第２bin 及び第３bin は適切なコンテキストによって２値算術符号化される。同様に、第４bin とそれ以降のbin についても、Context index を列に応じて増やすことで、DQP の絶対値がある値よりも大きいか否かの情報、すなわち、ある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示すように設計可能となる。
第２の要因は、第２bin の値によって復号側がDQP の正負を同定できるため、DQP の値域が正負で非対称であっても符号化側で冗長なbin を効率的に切り詰め可能となることで解消される。具体的には、図３を参照すると、DQP ＝−２６を符号化する際に、DQP の最小値が−２６であることから、第２７bin が１となった時点で復号側がDQP ＝−２６であることを同定できるため、冗長な第２８bin を符号化しなくてよい。さらに、DQP ＝２５を符号化する際に、DQP の最大値が２５であることから、第２６bin が１となった時点で復号側がDQP ＝２５であることを同定できるため、冗長な第２７bin を符号化しなくてよい。
図１６に示す対応表と図３に示す対応表とを比較すると明らかなように、本実施形態では、第３の要因は、bin stringに含まれるbin の個数が、有意なDQP の正負の情報と有意なDQP の絶対値を独立に２値化する場合のbin の個数と同じになることによって解消される。
実施形態２．
図４は、第１の実施形態の映像量子化パラメータ符号化器に対応する、映像量子化パラメータ復号器の構成を示すブロック図である。図４に示す映像量子化パラメータ復号器は、予測器２０１、バッファ２０２、２値化解除器２０３１、適応２値算術復号器２０４、２値算術復号器２０５、スイッチ（ＳＷ）２１１及びスイッチ（ＳＷ）２１２を含む。
適応２値算術復号器２０４は、スイッチ２１２を介して供給される符号化データから、bin(1)を２値算術復号しスイッチ２１１を介して２値化解除器２０３１に供給する。また、適応２値算術復号器２０４は、以後の２値算術復号のために、２値算術復号したbin の値に応じて、第１bin に対応するContext index に関連付けられたコンテキストを更新する。
bin(1)が１である場合、２値算術復号器２０５は、スイッチ２１２を介して供給される符号化データから、bin(2)を２値算術復号しスイッチ２１１を介して２値化解除器２０３１に供給する。
bin(1)が１である場合、さらに、適応２値算術復号器２０４は、スイッチ２１２を介して供給される符号化データから、０の値のbin を復号するまで、bin(n)（n=3,4,…）を２値算術復号しスイッチSW２０１を介して２値化解除器２０３１に供給する。適応２値算術復号器２０４は、以後の２値算術復号のために、２値算術復号したbin の値に応じて、第nbin に対応するContext index に関連付けられたコンテキストを更新する。
２値化解除器２０３１は、bin stringが０である場合（n=１の場合）、０の値のDQP を出力する。そうでない場合（n≧3の場合)、以下の計算式で得られる値のDQP を出力する。
DQP ＝ (1 - 2 * bin(2)) * (n - 2) ・・・（４）
ただし、式(４)における”*” は乗算を表す。
２値化解除器２０３１から供給されるDQP に、予測器２０１から供給されるPQP が加えられて、RQP が得られる。
さらに、RQP は、以後の量子化パラメータ復号のために、バッファ２０２に格納される。
以上で、本実施形態の映像量子化パラメータ復号器の構成説明を終了する。
次に、図５のフローチャートを用いて、本実施形態の映像量子化パラメータ復号器の特徴である、２値化解除器２０３１、適応２値算術復号器２０４、及び、２値算術復号器２０５の動作を説明する。
適応２値算術復号器２０４は、初期値パラメータｎを３として処理を開始する。
ステップS２０１では、適応２値算術復号器２０４は、bin(1)を適応２値算術復号する。
ステップS２０２では、２値算術復号器２０５は、bin(1)の値が１であるか否かを判断する。この例では、”１”は、DQP が有意であることを示す。bin (１)の値が１であればステップS２０３に進む。そうでなければ、ステップS２０６に進む。
ステップS２０３では、２値算術復号器２０５は、bin (２)を２値算術復号する。ステップS２０４では、適応２値算術復号器２０４は、bin (n)を適応２値算術復号する。
ステップS２０５では、適応２値算術復号器２０４は、すべてのbin を復号したか否か、すなわち、bin (n)の値が０か否かを判断する。すべてのbin を復号した場合、ステップS２０６に進む。そうでない場合、後続するbin (n)を適応２値算術復号するために、ｎをインクリメントしてステップS２０４に進む。
ステップS２０６では、２値化解除器２０３１は、復号したbin stringを２値化解除して、DQP を決定する。
以上で本実施形態の映像量子化パラメータ復号器の特徴である、２値化解除器２０３１、適応２値算術復号器２０４、及び２値算術復号器２０５の動作説明を終了する。
実施形態３．
第１実施形態及び第２実施形態では、DQP の値域に制約がない映像量子化パラメータ符号化器及び映像量子化パラメータ復号器を示した。DQP の値域に制約がある場合、DQP の値域を用いて、冗長なDQP のbin を切り詰めることが可能である。図６及び図７は、DQP の値域（最小DQP と最大DQP の組）を用いるように第１実施形態及び第２実施形態を改良した映像量子化パラメータ符号化器及び映像量子化パラメータ復号器の構成を示すブロック図である。
図６における２値化器１０３２は、最小DQP（minDQP <= 0 ）と最大DQP（maxDQP >= 0 ）の組を用いる。２値化器１０３２は、以下の式でDQP の第１のbinと第２のbin 、及び、第３のbinとそれ以降のbin の最大個数cMaxを計算する。
bin(1) = func1(DQP) ・・・（５）
bin(2) = func2(DQP) ・・・（６）
cMax = max(0, func4(minDQP, maxDQP, DQP) - 1) ・・・（７）
ただし、func4(a,b,c)は、ｃが負の場合−ａ、ｃが正の場合ｂを返す関数である。なお、DQP が有意な値である場合（つまり、func1(DQP)が１である場合）でのみ、bin(n) （n=2,3,・・・）は符号化される。
cMax≧１の時、２値化器１０３２は、以下の式でbin(n)（n=3,…,2+cMax)を計算する。
bin (n)=func5(n - ２, cMax,｜DQP｜ ) ・・・（８）
ただし、func5(a,b,c)は、ｂとｃが等しい場合に１を返し、ｃがｂ未満で、かつａがｃ未満の場合に１を返し、その他の場合（ｃがｂ未満で、かつａがｃと等しい場合）に０を返す関数である。なお、式（８）によって得られる第３のbin とそれ以降のbin（シンタクス要素値｜DQP｜とする）は、非特許文献１の9.3.2.2 に記載されているTruncated unary(TU)bin arization processによって得られるBin stringのbin と同じである。
一方、図６に示す映像量子化パラメータ符号化器に対応する図７に示す映像量子化パラメータ復号器において、２値化解除器２０３２は、minDQP、maxDQP、及び２値算術復号したbin (2)に基づいて、以下の式でcMaxを計算する。
cMax = max(0, func6(minDQP, maxDQP, bin(2)) - 1) ・・・（９）
ただし、func6(a,b,c)は、ｃが１の場合（つまり、func2(a)の定義より、復号するDQP が負の値の場合）−ａ、ｃが０の場合（同様に、func2(a)の定義より、復号するDQP が正の値の場合）ｂを返す関数である。
さらに、２値化解除器２０３２はDQP を決定する。具体的には、cMax≧１、かつ、最後に復号したbin の値が１の場合、以下の式(１０)を用いる。
DQP = (1 - 2 * bin(2)) * (n - 1) ・・・（１０）
cMax＝０かつbin(1)＝１の場合、以下の式(１１)を用いる。
DQP = (1 - 2*bin (2)) ・・・（１１）
その他の場合、式(４)を用いる。
式(１０)及び式(１１)から明らかなように、２値化解除器２０３２は、DQP の値域及びbin(2)（DQP の正負の符号）によって決定する第３のbinとそれ以降のbin の最大個数cMaxに基づいて、映像符号化処理よって切り詰められた冗長なbin の値を推定して、DQP を決定する。
次に、図８のフローチャートを用いて、図７の映像量子化パラメータ復号器の２値化解除器２０３２、適応２値算術復号器２０４、及び、２値算術復号器２０５の動作を説明する。
適応２値算術復号器２０４は、初期値パラメータｎを３として処理を開始する。
ステップS３０１では、適応２値算術復号器２０４は、bin (1)を適応２値算術復号する。
ステップS３０２では、２値算術復号器２０５は、bin (1))の値が１であるか否かを判断する。bin (1))の値が１であればステップS３０３に進む。そうでなければ、ステップS３０８に進む。
ステップS３０３では、２値算術復号器２０５は、bin (2)を２値算術復号する。
ステップS３０４では、２値化解除器２０３２は、cMaxを計算する。ステップS３０５では、２値化解除器２０３２は、cMaxが１以上であるか否かを判断する。cMaxが１以上であればステップS３０６に進む。そうでなければ、ステップS３０８に進む。
ステップS３０６では、適応２値算術復号器２０４は、bin (n)を適応２値算術復号する。
ステップS３０７では、適応２値算術復号器２０４は、すべてのbin を復号したか否かを判断する。すべてのbin を復号した条件は、bin (n)の値が０であるか、もしくは、n-2 の値がcMaxと等しいか、又はその両方である。すべてのbin を復号した場合、ステップS３０８に進む。そうでない場合、適応２値算術復号器２０４は、後続するbin(n)を適応２値算術復号するために、ｎをインクリメントしてステップS３０６に進む。
ステップS３０６では、２値化解除器２０３２は、復号したbin stringの２値化を解除してDQP を決定する。
以上で、図７に示す映像量子化パラメータ復号器の、２値化解除器２０３２、適応２値算術復号器２０４、及び、２値算術復号器２０５の動作説明を終了する。
図３には、minDQP＝−２６、maxDQP＝２５とする、図６に示す映像量子化パラメータ符号化器において、冗長なDQP のbin を切り詰める例も示されている。DQP＝−２６のbin stringに着目すると、第２７のbin が１となった時点で復号側がDQP＝−２６であることを同定できるため、冗長な第２８bin を符号化しないことが分かる。すなわち、上述した本実施形態の映像量子化パラメータ符号化器は、正と負の値とでDQP の絶対値の値域域が異なる場合であっても、DQP の値域及び符号化した第２のbin（DQP の正負の符号）を用いて、DQP の正負の符号の後に符号化する、DQP のbin において冗長なbin を切り詰めることができる。同様に、上述した本実施形態の映像量子化パラメータ復号器は、正と負の値とでDQP の絶対値の値域域が異なる場合であっても、DQP の値域及び符号化したDQP の正負の符号を用いて、DQP の正負の符号の後に復号するDQP のbin において映像量子化パラメータ符号化処理よって切り詰められた冗長なbin の値を推定して、DQP を決定できる。
また、上述した図６及び図７に示す映像量子化パラメータ符号化器及び復号器において、minDQP及びmaxDQPを、量子化パラメータの値域（最小QPと最大QPの組）と予測量子化パラメータPQP から生成することも可能である。
実施形態４．
図９及び図１０は、最小QP（minQP ）と最大QP（maxQP ）の組及びPQP に基づいてminDQP及びmaxDQPを生成する、改良された映像量子化パラメータ符号化器及び映像量子化パラメータ復号器の構成を示すブロック図である。
図６及び図７と比較すると、図９に示す映像量子化パラメータ符号化器は値域決定器１０６をさらに備え、図１０に示す映像量子化パラメータ復号器は値域決定器２０６をさらに備えることが分かる。値域決定器１０６，２０６は、以下の式でminDQPとmaxDQPを計算する。
minDQP = minQP - PQP ・・・（１２）
maxDQP = maxQP - PQP ・・・（１３）
値域決定器１０６，２０６を備えることによって、符号化対象のQPがminQP 又はmaxQP に近い値をとるほど、より効果的に冗長なbin を切り詰めることが可能である。
なお、minDQP=-２６、maxDQP=２５とする、映像量子化パラメータ符号化器及び復号器においては、式（１２）及び（１３）を、以下の式（１２）’及び（１３）’としてもよい。
minDQP = max(-26, minQP - PQP) ・・・（１２）’
maxDQP = min(25, maxQP - PQP) ・・・（１３）’
また、上述した発明の映像量子化パラメータ符号化器及び復号器において、図３に示された例を使用するのではなく、図１１に示すように所定の列以降のbin のContext index の値が固定された対応表に基づいて動作するようにしてもよい。
図１１に示す対応表では、第４列とそれ以降のbin において、Context index の値は固定の３とされている。図１１においては、第１bin は、DQP が有意であるか否かの情報、すなわち、ある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示す。第２bin は、DQPの正負の情報、すなわち、ある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示す。第３bin は、DQPの絶対値が１よりも大きいか否かの情報、すなわち、ある２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示す。第４bin とそれ以降のbin については、Bin stringが終端するか否かの２つの状態のうちいずれの状態にあるかの情報のみを示す。
すなわち、発明の映像量子化パラメータ符号化器は、DQP が有意であるか否かを示す第１のbin 、DQP の正負を示す第２のbin 、DQP の絶対値が１よりも大きいか否かを示す第３のbin 、及び、Bin stringが終端するか否かを示すbin を２値算術符号化することも可能である。
以上に説明したように、本発明は、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す情報を第１bin に対応させ、有意な差分量子化パラメータが正か負かを示す情報を第２bin に対応させ、有意な差分量子化パラメータの絶対値を示す情報を第３bin とそれ以降のbin とに対応させて２値化する手段を備えることによって、コンテキストベース適応２値算術符号化を用いる映像符号化の映像量子化パラメータを好適に符号化可能とする。
上記の好適な符号化は、本発明では、差分量子化パラメータの各bin に適切なコンテキストがアサインされること、差分量子化パラメータの冗長なbin を切り詰められること、及び、差分量子化パラメータのbin stringに含まれるbin の個数を削減することの３つによって達成される。
また、上記の各実施形態を、ハードウェアで構成することも可能であるが、コンピュータプログラムにより実現することも可能である。
図１２に示す情報処理システムは、プロセッサ１００１、プログラムメモリ１００２、映像データを格納するための記憶媒体１００３及びビットストリームを格納するための記憶媒体１００４を備える。記憶媒体１００３と記憶媒体１００４とは、別個の記憶媒体であってもよいし、同一の記憶媒体からなる記憶領域であってもよい。記憶媒体として、ハードディスク等の磁気記憶媒体を用いることができる。
図１２に示された情報処理システムにおいて、プログラムメモリ１００２には、図１、図４、図６、図７、図９、図１０のそれぞれに示された各ブロック（バッファのブロックを除く）の機能を実現するためのプログラムが格納される。そして、プロセッサ１００１は、プログラムメモリ１００２に格納されているプログラムに従って処理を実行することによって、図１、図４、図６、図７、図９、図１０のそれぞれに示された映像量子化パラメータ符号化器又は映像量子化パラメータ復号器の機能を実現する。
図１３は、本発明による映像量子化パラメータ符号化器における特徴的な構成要素を示すブロック図である。図１３に示すように、本発明による映像量子化パラメータ符号化器は、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測部１１と、量子化パラメータ及び予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する演算部１２と、差分量子化パラメータが有意である場合、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、差分量子化パラメータの正負を示す第２のbin 、及び、差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術符号化する量子化パラメータ符号化手段１３とを備える。
図１４は、本発明による映像量子化パラメータ復号器における特徴的な構成要素を示すブロック図である。図１４に示すように、本発明による映像量子化パラメータ復号器は、過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測部２１と、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、差分量子化パラメータの正負を示す第２のbin 、及び、差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術復号する量子化パラメータ復号手段２２とを備える。
上記の実施形態の一部又は全部は以下の付記のようにも記載されうるが、本発明の構成は以下の構成に限定されない。
（付記１）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成し、前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示す第２のbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術符号化する映像量子化パラメータ符号化方法において、差分量子化パラメータの値域を用いて、冗長な前記その他のbin を切り詰めるステップを含む。
（付記２）付記１の映像量子化パラメータ符号化方法において、前記値域を規格などで定められた値域とするステップを含む。
（付記３）付記２の映像量子化パラメータ符号化方法において、前記値域を再構築量子化パラメータの値域と予測量子化パラメータの値から生成するステップを含む。
（付記４）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示す第２のbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術復号する映像量子化パラメータ復号方法において、前記差分量子化パラメータの値域を用いて、映像符号化処理において切り詰められた冗長な前記その他のbinを推定するステップを含む。
（付記５）付記４の映像量子化パラメータ復号方法において、前記値域を規格などで定められた値域とするステップを含む。
（付記６）付記５の映像量子化パラメータ復号方法において、前記値域を再構築量子化パラメータの値域と予測量子化パラメータの値から生成するステップを含む。
（付記７）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する演算手段と、前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示す第２のbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術符号化する量子化パラメータ符号化手段とを備える映像量子化パラメータ符号化器において、差分量子化パラメータの値域を用いて、冗長な前記その他のbin を切り詰める切り詰め手段を含む。
（付記８）付記７の映像量子化パラメータ符号化器において、前記切り詰め手段は、前記値域を規格などで定められた値域とする。
（付記９）付記８の映像量子化パラメータ符号化器において、前記切り詰め手段は、前記値域を再構築量子化パラメータの値域と予測量子化パラメータの値から生成する。
（付記１０）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示す第２のbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術復号する量子化パラメータ復号手段とを備える映像量子化パラメータ復号器において、差分量子化パラメータの値域を用いて、映像符号化処理において切り詰められた冗長な前記その他のbin を推定する推定手段を含む。
（付記１１）付記１０の映像量子化パラメータ復号器において、前記切り詰め手段は、前記値域を規格などで定められた値域とする。
（付記１２）付記１１の映像量子化パラメータ復号器において、前記切り詰め手段は、前記値域を再構築量子化パラメータの値域と予測量子化パラメータの値から生成する。
（付記１３）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成し、前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示すbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術符号化する映像量子化パラメータ符号化方法において、差分量子化パラメータの正負の情報と差分量子化パラメータの値域とを用いて、冗長な前記その他のbin を切り詰めるステップを含む。
（付記１４）付記１３の映像量子化パラメータ符号化方法において、前記第１のbin と前記正負を示すbin とで異なるコンテキストを用いて２値算術符号化するステップを含む。
（付記１５）付記１３の映像量子化パラメータ符号化方法において、前記値域を規格などで定められた値域とするステップを含む。
（付記１６）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示すbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術復号する映像量子化パラメータ復号方法において、前記差分量子化パラメータの正負を示すbin を復号して得られる差量子化パラメータの正負の情報と前記差分量子化パラメータの値域を用いて、映像符号化処理において切り詰められた冗長な前記その他のbin を推定するステップを含む。
（付記１７）付記１６の映像量子化パラメータ復号方法において、前記第１のbin と前記正負を示すbin とで異なるコンテキストを用いて２値算術復号するステップを含む。
（付記１８）付記１６の映像量子化パラメータ復号方法において、前記値域を規格などで定められた値域とするステップを含む。
（付記１９）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する演算手段と、前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示すbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術符号化する量子化パラメータ符号化手段とを備える映像量子化パラメータ符号化器において、差分量子化パラメータの正負の情報と差分量子化パラメータの値域を用いて、冗長な前記その他のbin を切り詰める切り詰め手段を含む。
（付記２０）付記１９の映像量子化パラメータ符号化器において、前記第１のbin と前記正負を示すbin とで異なるコンテキストを用いて２値算術符号化する。
（付記２１）付記１９の映像量子化パラメータ符号化器において、前記切り詰め手段は、前記値域を規格などで定められた値域とする。
（付記２２）過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbin 、前記差分量子化パラメータの正負を示すbin 、及び、前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbin を２値算術復号する量子化パラメータ復号手段とを備える映像量子化パラメータ復号器において、前記差分量子化パラメータの正負を示すbin を復号して得られる差量子化パラメータの正負の情報と差分量子化パラメータの値域を用いて、映像符号化処理において切り詰められた冗長な前記その他のbin を推定する推定手段を含む。
（付記２３）付記２２の映像量子化パラメータ復号器において、前記第１のbin と前記正負を示すbin とで異なるコンテキストを用いて２値算術復号する。
（付記２４）付記２２の映像量子化パラメータ復号器において、前記切り詰め手段は、前記値域を規格などで定められた値域とする。
以上、実施形態及び実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
この出願は、２０１１年６月２８日に出願された日本特許出願２０１１−１４２４５３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１１ 予測部
１２ 演算部
１３ 量子化パラメータ符号化部
２１ 予測部
２２ 量子化パラメータ復号部
１０１ 予測器
１０２ バッファ
１０３１，１０３２ ２値化器
１０４ 適応２値算術符号化器
１０５ ２値算術符号化器
１０６ 値域決定部
１１１ スイッチ
１１２ スイッチ
２０１ 予測器
２０２ バッファ
２０３１，２０３２ ２値化解除器
２０４ 適応２値算術符号化器
２０５ ２値算術符号化器
２０６ 値域決定部
２１１ スイッチ
２１２ スイッチ

Claims (6)

  1. コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像符号化処理のために、量子化パラメータを符号化する映像量子化パラメータ符号化方法であって、
    過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、
    量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成し、
    前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、前記第１のbinに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、前記符号binに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを前記第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術符号化し、
    生成された前記差分量子化パラメータに前記予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、
    前記差分量子化パラメータの値域は正負で非対称である
    ことを特徴とする映像量子化パラメータ符号化方法。
  2. コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像復号処理のために、量子化パラメータを復号する映像量子化パラメータ復号方法であって、
    過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成し、
    差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、前記第１のbinに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、前記符号binに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを前記第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術復号し、
    ２値算術復号された前記第１のbin、前記その他のbinおよび前記符号binを２値化解除することにより前記差分量子化パラメータを生成し、生成された前記差分量子化パラメータに前記予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、
    前記差分量子化パラメータの値域は正負で非対称である
    ことを特徴とする映像量子化パラメータ復号方法。
  3. コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像符号化処理のために、量子化パラメータを符号化する映像量子化パラメータ符号化器であって、
    過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、
    量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する演算手段と、
    前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、前記第１のbinに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、前記符号binに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを前記第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術符号化する量子化パラメータ符号化手段とを備え、
    前記量子化パラメータ符号化手段は、生成された前記差分量子化パラメータに前記予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、
    前記差分量子化パラメータの値域は正負で非対称である
    ことを特徴とする映像量子化パラメータ符号化器。
  4. コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像復号処理のために、量子化パラメータを復号する映像量子化パラメータ復号器であって、
    過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する予測手段と、
    差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、前記第１のbinに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、前記符号binに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを前記第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術復号する量子化パラメータ復号手段とを備え、
    前記量子化パラメータ復号手段は、２値算術復号された前記第１のbin、前記その他のbinおよび前記符号binを２値化解除することにより前記差分量子化パラメータを生成し、生成された前記差分量子化パラメータに前記予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成し、
    前記差分量子化パラメータの値域は正負で非対称である
    ことを特徴とする映像量子化パラメータ復号器。
  5. コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像符号化処理のために、量子化パラメータを符号化する映像量子化パラメータ符号化器におけるコンピュータに、
    過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する処理と、
    量子化パラメータ及び前記予測量子化パラメータから差分量子化パラメータを生成する処理と、
    前記差分量子化パラメータが有意である場合、前記差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、前記第１のbinに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、前記符号binに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを前記第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術符号化する処理とを実行させ、
    生成された前記差分量子化パラメータに前記予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成させ、
    前記差分量子化パラメータの値域は正負で非対称である
    映像量子化パラメータ符号化プログラム。
  6. コンテキストベース適応２値算術符号化に基づいた映像復号処理のために、量子化パラメータを復号する映像量子化パラメータ復号器におけるコンピュータに、
    過去の再構築量子化パラメータから予測量子化パラメータを生成する処理と、
    差分量子化パラメータが有意であるか否かを示す第１のbinを第１のコンテキストを用いて、前記第１のbinに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの正負を示す符号binをコンテキストを用いずに、前記符号binに後続するbinであって前記差分量子化パラメータの絶対値を示すその他のbinを前記第１のコンテキストとは異なるコンテキストを用いて２値算術復号する処理とを実行させ、
    ２値算術復号された前記第１のbin、前記その他のbinおよび前記符号binを２値化解除することにより前記差分量子化パラメータを生成し、生成された前記差分量子化パラメータに前記予測量子化パラメータを加算して再構築量子化パラメータを生成させ、
    前記差分量子化パラメータの値域は正負で非対称である
    映像量子化パラメータ復号プログラム。
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