JP7448519B2 - 三次元データ符号化方法、三次元データ復号方法、三次元データ符号化装置、及び三次元データ復号装置 - Google Patents

三次元データ符号化方法、三次元データ復号方法、三次元データ符号化装置、及び三次元データ復号装置 Download PDF

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Description

本開示は、三次元データ符号化方法、三次元データ復号方法、三次元データ符号化装置、及び三次元データ復号装置に関する。
自動車或いはロボットが自律的に動作するためのコンピュータビジョン、マップ情報、監視、インフラ点検、又は、映像配信など、幅広い分野において、今後、三次元データを活用した装置又はサービスの普及が見込まれる。三次元データは、レンジファインダなどの距離センサ、ステレオカメラ、又は複数の単眼カメラの組み合わせなど様々な方法で取得される。
三次元データの表現方法の１つとして、三次元空間内の点群によって三次元構造の形状を表すポイントクラウドと呼ばれる表現方法がある。ポイントクラウドでは、点群の位置と色とが格納される。ポイントクラウドは三次元データの表現方法として主流になると予想されるが、点群はデータ量が非常に大きい。よって、三次元データの蓄積又は伝送においては二次元の動画像（一例として、ＭＰＥＧで規格化されたＭＰＥＧ－４ ＡＶＣ又はＨＥＶＣなどがある）と同様に、符号化によるデータ量の圧縮が必須となる。
また、ポイントクラウドの圧縮については、ポイントクラウド関連の処理を行う公開のライブラリ（Ｐｏｉｎｔ Ｃｌｏｕｄ Ｌｉｂｒａｒｙ）などによって一部サポートされている。
また、三次元の地図データを用いて、車両周辺に位置する施設を検索し、表示する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１４／０２０６６３号
三次元データの符号化処理では、符号化した三次元点のデータを含むビットストリームに含まれるデータ量を削減できることが望まれている。
本開示は、ビットストリームに含まれるデータ量を削減できる三次元データ符号化方法、三次元データ復号方法、三次元データ符号化装置、又は三次元データ復号装置を提供することを目的とする。
本開示の一態様に係る三次元データ符号化方法は、１以上である階層数を決定し、前記階層数が１よりも大きい場合、複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、階層毎に前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、符号化した前記複数の三次元点の属性情報と、前記階層数を示す階層数情報と、前記サンプリング数を示すサンプリング数情報と、を含むビットストリームを生成し、前記階層数が１の場合、前記サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する。
本開示の一態様に係る三次元データ復号方法は、ビットストリームから、符号化された複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を取得し、前記階層数情報が示す階層数が１よりも大きい場合、前記ビットストリームに含まれるサンプリング数情報をさらに取得し、前記符号化された複数の三次元点のデータ順に従って前記サンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記符号化された複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、階層毎に前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、前記階層数が１の場合には、前記サンプリング数情報を前記ビットストリームから取得しない。
なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
本開示は、ビットストリームに含まれるデータ量を削減できる三次元データ符号化方法、三次元データ復号方法、三次元データ符号化装置、又は三次元データ復号装置を提供できる。
図１は、実施の形態１に係る符号化三次元データの構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係るＧＯＳの最下層レイヤに属するＳＰＣ間の予測構造の一例を示す図である。 図３は、実施の形態１に係るレイヤ間の予測構造の一例を示す図である。 図４は、実施の形態１に係るＧＯＳの符号化順の一例を示す図である。 図５は、実施の形態１に係るＧＯＳの符号化順の一例を示す図である。 図６は、実施の形態１に係る三次元データ符号化装置のブロック図である。 図７は、実施の形態１に係る符号化処理のフローチャートである。 図８は、実施の形態１に係る三次元データ復号装置のブロック図である。 図９は、実施の形態１に係る復号処理のフローチャートである。 図１０は、実施の形態１に係るメタ情報の一例を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係るＳＷＬＤの構成例を示す図である。 図１２は、実施の形態２に係るサーバ及びクライアントの動作例を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係るサーバ及びクライアントの動作例を示す図である。 図１４は、実施の形態２に係るサーバ及びクライアントの動作例を示す図である。 図１５は、実施の形態２に係るサーバ及びクライアントの動作例を示す図である。 図１６は、実施の形態２に係る三次元データ符号化装置のブロック図である。 図１７は、実施の形態２に係る符号化処理のフローチャートである。 図１８は、実施の形態２に係る三次元データ復号装置のブロック図である。 図１９は、実施の形態２に係る復号処理のフローチャートである。 図２０は、実施の形態２に係るＷＬＤの構成例を示す図である。 図２１は、実施の形態２に係るＷＬＤの８分木構造の例を示す図である。 図２２は、実施の形態２に係るＳＷＬＤの構成例を示す図である。 図２３は、実施の形態２に係るＳＷＬＤの８分木構造の例を示す図である。 図２４は、実施の形態３に係る三次元データ作成装置のブロック図である。 図２５は、実施の形態３に係る三次元データ送信装置のブロック図である。 図２６は、実施の形態４に係る三次元情報処理装置のブロック図である。 図２７は、実施の形態５に係る三次元データ作成装置のブロック図である。 図２８は、実施の形態６に係るシステムの構成を示す図である。 図２９は、実施の形態６に係るクライアント装置のブロック図である。 図３０は、実施の形態６に係るサーバのブロック図である。 図３１は、実施の形態６に係るクライアント装置による三次元データ作成処理のフローチャートである。 図３２は、実施の形態６に係るクライアント装置によるセンサ情報送信処理のフローチャートである。 図３３は、実施の形態６に係るサーバによる三次元データ作成処理のフローチャートである。 図３４は、実施の形態６に係るサーバによる三次元マップ送信処理のフローチャートである。 図３５は、実施の形態６に係るシステムの変形例の構成を示す図である。 図３６は、実施の形態６に係るサーバ及びクライアント装置の構成を示す図である。 図３７は、実施の形態７に係る三次元データ符号化装置のブロック図である。 図３８は、実施の形態７に係る予測残差の例を示す図である。 図３９は、実施の形態７に係るボリュームの例を示す図である。 図４０は、実施の形態７に係るボリュームの８分木表現の例を示す図である。 図４１は、実施の形態７に係るボリュームのビット列の例を示す図である。 図４２は、実施の形態７に係るボリュームの８分木表現の例を示す図である。 図４３は、実施の形態７に係るボリュームの例を示す図である。 図４４は、実施の形態７に係るイントラ予測処理を説明するための図である。 図４５は、実施の形態７に係る回転及び並進処理を説明するための図である。 図４６は、実施の形態７に係るＲＴ適用フラグ及びＲＴ情報のシンタックス例を示す図である。 図４７は、実施の形態７に係るインター予測処理を説明するための図である。 図４８は、実施の形態７に係る三次元データ復号装置のブロック図である。 図４９は、実施の形態７に係る三次元データ符号化装置による三次元データ符号化処理のフローチャートである。 図５０は、実施の形態７に係る三次元データ復号装置による三次元データ復号処理のフローチャートである。 図５１は、実施の形態８に係る三次元点の例を示す図である。 図５２は、実施の形態８に係るＬｏＤの設定例を示す図である。 図５３は、実施の形態８に係るＬｏＤの設定に用いる閾値の例を示す図である。 図５４は、実施の形態８に係る予測値に用いる属性情報の例を示す図である。 図５５は、実施の形態８に係る指数ゴロム符号の一例を示す図である。 図５６は、実施の形態８に係る指数ゴロム符号に対する処理を示す図である。 図５７は、実施の形態８に係る属性ヘッダのシンタックス例を示す図である。 図５８は、実施の形態８に係る属性データのシンタックス例を示す図である。 図５９は、実施の形態８に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。 図６０は、実施の形態８に係る属性情報符号化処理のフローチャートである。 図６１は、実施の形態８に係る指数ゴロム符号に対する処理を示す図である。 図６２は、実施の形態８に係る残り符号とその値との関係を示す逆引きテーブルの例を示す図である。 図６３は、実施の形態８に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。 図６４は、実施の形態８に係る属性情報復号処理のフローチャートである。 図６５は、実施の形態８に係る三次元データ符号化装置のブロック図である。 図６６は、実施の形態８に係る三次元データ復号装置のブロック図である。 図６７は、実施の形態８に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。 図６８は、実施の形態８に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。 図６９は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第１の例を示す図である。 図７０は、実施の形態９に係る予測値に用いる属性情報の例を示す図である。 図７１は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第２の例を示す図である。 図７２は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第３の例を示す図である。 図７３は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第４の例を示す図である。 図７４は、実施の形態１０に係る参照関係の例を示す図である。 図７５は、実施の形態１０に係る参照関係の例を示す図である。 図７６は、実施の形態１０に係るＬｏＤ毎に探索回数を設定する例を示す図である。 図７７は、実施の形態１０に係る参照関係の例を示す図である。 図７８は、実施の形態１０に係る参照関係の例を示す図である。 図７９は、実施の形態１０に係る参照関係の例を示す図である。 図８０は、実施の形態１０に係る属性情報ヘッダのシンタックス例を示す図である。 図８１は、実施の形態１０に係る属性情報ヘッダのシンタックス例を示す図である。 図８２は、実施の形態１０に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。 図８３は、実施の形態１０に係る属性情報符号化処理のフローチャートである。 図８４は、実施の形態１０に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。 図８５は、実施の形態１０に係る属性情報復号処理のフローチャートである。 図８６は、実施の形態１０に係る周囲点探索処理のフローチャートである。 図８７は、実施の形態１０に係る周囲点探索処理のフローチャートである。 図８８は、実施の形態１０に係る周囲点探索処理のフローチャートである。 図８９は、実施の形態１０に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。 図９０は、実施の形態１０に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。 図９１は、実施の形態１１に係るＬｏＤの第１例を示す図である。 図９２は、実施の形態１１に係るＬｏＤの第２例を示す図である。 図９３は、実施の形態１１に係るＬｏＤの第３例を示す図である。 図９４は、実施の形態１１に係る属性情報のヘッダのシンタックスの第１例を示す図である。 図９５は、実施の形態１１に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。 図９６は、実施の形態１１に係る属性情報の符号化処理のフローチャートである。 図９７は、実施の形態１１に係るＬｏＤの生成処理のフローチャートである。 図９８は、実施の形態１１に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。 図９９は、実施の形態１１に係る属性情報の復号処理のフローチャートである。 図１００は、実施の形態１１に係る属性情報符号化部のブロック図である。 図１０１は、実施の形態１１に係る属性情報復号部のブロック図である。 図１０２は、実施の形態１１に係るＬｏＤの第４例を示す図である。 図１０３は、実施の形態１１に係る属性情報のヘッダのシンタックスの第２例を示す図である。 図１０４は、実施の形態１１に係る符号化処理のフローチャートである。 図１０５は、実施の形態１１に係る復号処理のフローチャートである。
本開示の一態様に係る三次元データ符号化方法は、１以上である階層数を決定し、前記階層数が１よりも大きい場合、複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、階層毎に前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、符号化した前記複数の三次元点の属性情報と、前記階層数を示す階層数情報と、前記サンプリング数を示すサンプリング数情報と、を含むビットストリームを生成し、前記階層数が１の場合、前記サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する。
階層数情報が示す階層数が１である場合には、サンプリング数に関わらず階層数が１となる。そのため、例えば、三次元データ復号装置は、受信したビットストリームに階層数情報が含まれている場合、サンプリング数情報が当該ビットストリームに含まれていなくても、サンプリング数を１とみなして符号化された三次元点の属性情報を復号できる。つまり、このような三次元データ符号化方法によれば、ビットストリームのデータ量を削減できる。
また、例えば、前記属性情報の分類では、前記階層数が２の場合、前記複数の三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択し、選択した三次元点の属性情報に選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当て、前記階層数が３以上の場合、さらに、前記選択した三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に三次元点の属性情報を再選択し、再選択した三次元点の属性情報に再選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を繰り返し行う。
これによれば、階層数情報が示す階層数に応じて、複数の三次元点の属性情報を１以上の階層に適切に分類できる。
また、例えば、前記属性情報の分類では、所定の条件を満たす場合、前記繰り返し行う処理を終了する。
複数の三次元点の数が少ない場合、上記した方法を用いて階層を形成しようとしても、決定した階層数まで複数の三次元点を分類できない場合がある。そのような場合であっても、所定の条件に基づいて階層の生成を終了することで、決定した階層数となるように階層を生成できないために以降の処理を中断してしまうような不具合の発生を抑制し、決定した階層数に近い階層数となるまで、階層を生成できる。
また、例えば、前記ビットストリームの生成では、前記サンプリング数が１より大きい場合、三次元点の属性情報を、階層が同じ三次元点の属性情報に基づいて符号化しているか否かを示す参照情報をさらに含むビットストリームを生成し、前記サンプリング数が１の場合、前記参照情報を含まないビットストリームを生成する。
サンプリング数が１より大きい場合には、複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類して符号化する。この場合には、各階層間で属性情報を参照して符号化するときと、各階層間で属性情報を参照しないで符号化するときがある。そのため、このような三次元データ符号化方法によれば、例えば、三次元データ復号装置は、ビットストリームに含まれる参照情報に基づいて、符号化された三次元点の属性情報を適切に復号できる。
また、例えば、本開示に係る三次元データ符号化方法は、さらに、前記複数の三次元点の属性情報の符号化手順を設定し、設定した前記符号化手順が前記サンプリング数及び前記階層数に基づく符号化である場合には、前記階層数の決定、前記属性情報の分類、前記属性情報の符号化、及び、前記ビットストリームの生成を行い、設定した前記符号化手順が前記複数の三次元点間の距離に基づく符号化である場合には、前記複数の三次元点のそれぞれが有する位置情報に基づいて前記複数の三次元点間の距離を算出し、算出した前記距離に基づいて前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、符号化した前記属性情報及び前記距離に基づく符号化であることを示す切り替え情報を含むビットストリームを生成する。
複数の三次元点間の距離に基づいて当該複数の三次元点の属性情報を符号化した方が、上記したサンプリング数及び階層数に基づいて符号化する場合よりも符号化効率が良いときがある。そのため、切り替え情報に基づいて適切な符号化手順が選択されることで、符号化効率を向上できる。
本開示の一態様に係る三次元データ復号方法は、ビットストリームから、符号化された複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を取得し、前記階層数情報が示す階層数が１よりも大きい場合、前記ビットストリームに含まれるサンプリング数情報をさらに取得し、前記符号化された複数の三次元点のデータ順に従って前記サンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記符号化された複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、階層毎に前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、前記階層数が１の場合には、前記サンプリング数情報を前記ビットストリームから取得しない。
上記したように、階層数が１である場合には、サンプリング数に関わらず階層数が１となる。そのため、例えば、三次元データ復号装置は、受信したビットストリームに階層数情報が含まれている場合、サンプリング数情報が当該ビットストリームに含まれていなくても、サンプリング数を１とみなして符号化された三次元点の属性情報を復号できる。つまり、このような三次元データ復号方法によれば、例えば、上記した三次元データ符号化方法により生成された、データ量が削減されたビットストリームを適切に復号できる。
また、例えば、前記符号化された属性情報の分類では、前記階層数が２の場合、前記符号化された複数の三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に符号化された三次元点を選択して、選択した符号化された三次元点に選択しなかった符号化された三次元点よりも上位の階層を割当て、前記階層数が３以上の場合、さらに、前記選択した符号化された三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を再選択し、再選択した符号化された三次元点の属性情報に再選択しなかった符号化された三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を繰り返し行う。
これによれば、階層数情報が示す階層数に応じて、複数の三次元点の属性情報を１以上の階層に適切に分類できる。
また、例えば、前記符号化された属性情報の分類では、所定の条件を満たす場合、前記繰り返し行う処理を終了する。
複数の三次元点の数が少ない場合、上記した方法を用いて階層を形成しようとしても、決定した階層数まで複数の三次元点を分類できない場合がある。そのような場合であっても、所定の条件に基づいて階層の生成を終了することで、決定した階層数となるように階層を生成できないために以降の処理を中断してしまうような不具合の発生を抑制し、決定した階層数に近い階層数となるまで、階層を生成できる。
また、例えば、前記サンプリング数情報が示す値が１より大きい場合、前記符号化された三次元点の属性情報を、階層が同じ符号化された三次元点の属性情報に基づいて符号化しているか否かを示す参照情報を前記ビットストリームからさらに取得し、前記符号化された属性情報の復号では、取得した前記参照情報に基づいて前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、前記サンプリング数が１の場合、前記ビットストリームから前記参照情報を取得しない。
例えば、上記した三次元データ符号化方法によれば、サンプリング数情報が１より大きい場合には、複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類して符号化する。この場合には、各階層間で属性情報を参照して符号化するときと、各階層間で属性情報を参照しないで符号化するときがある。そのため、このような三次元データ復号方法によれば、ビットストリームに含まれる参照情報に基づいて、符号化された三次元点の属性情報を適切に復号できる。
また、例えば、前記ビットストリームに、前記複数の三次元点の属性情報の符号化手順を示す切り替え情報が含まれていない場合、前記符号化された属性情報の分類及び前記符号化された属性情報の復号を行い、前記切り替え情報が含まれている場合には、前記符号化された複数の三次元点が有する位置情報に基づいて三次元点間の距離を算出し、算出した前記距離に基づいて前記符号化された属性情報を復号する。
複数の三次元点間の距離に基づいて当該複数の三次元点の属性情報を符号化した方が、上記したサンプリング数及び階層数に基づいて符号化する場合よりも符号化効率が良いときがある。そのため、このような三次元データ復号方法によれば、切り替え情報に基づいて、符号化効率が向上された符号化された三次元点の属性情報を適切に復号できる。
また、本開示の一態様に係る三次元データ符号化装置は、プロセッサと、メモリとを備え、前記プロセッサは、前記メモリを用いて、１以上である階層数を決定し、前記階層数が１よりも大きい場合、複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、階層毎に前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、符号化した前記複数の三次元点の属性情報と、前記階層数を示す階層数情報と、前記サンプリング数を示すサンプリング数情報と、を含むビットストリームを生成し、前記階層数が１の場合、前記サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する。
階層数が１である場合には、サンプリング数に関わらず階層数が１となる。そのため、例えば、三次元データ復号装置は、受信したビットストリームに階層数情報が含まれている場合、サンプリング数情報が当該ビットストリームに含まれていなくても、サンプリング数を１とみなして符号化された三次元点の属性情報を復号できる。つまり、このような三次元データ符号化装置によれば、ビットストリームのデータ量を削減できる。
また、本開示の一態様に係る三次元データ復号装置は、プロセッサと、メモリとを備え、前記プロセッサは、前記メモリを用いて、ビットストリームから、符号化された複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を取得し、前記階層数情報が示す階層数が１よりも大きい場合、前記ビットストリームに含まれるサンプリング数情報をさらに取得し、前記符号化された複数の三次元点のデータ順に従って前記サンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記符号化された複数の三次元点の属性情報を１以上の階層に分類し、前記１以上の階層毎に前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、前記階層数が１の場合には、前記サンプリング数情報を前記ビットストリームから取得しない。
上記したように、階層数が１である場合には、サンプリング数に関わらず階層数が１となる。そのため、例えば、三次元データ復号装置は、受信したビットストリームに階層数情報が含まれている場合、サンプリング数情報が当該ビットストリームに含まれていなくても、サンプリング数を１とみなして符号化された三次元点の属性情報を復号できる。つまり、このような三次元データ復号装置によれば、例えば、上記した三次元データ符号化装置により生成されるビットストリームのデータ量を削減できる。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ－ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態に係る符号化三次元データ（以下、符号化データとも記す）のデータ構造について説明する。図１は、本実施の形態に係る符号化三次元データの構成を示す図である。
本実施の形態では、三次元空間は、動画像の符号化におけるピクチャに相当するスペース（ＳＰＣ）に分割され、スペースを単位として三次元データが符号化される。スペースは、さらに、動画像符号化におけるマクロブロックなどに相当するボリューム（ＶＬＭ）に分割され、ＶＬＭを単位として予測及び変換が行われる。ボリュームは、位置座標が対応付けられる最小単位である複数のボクセル（ＶＸＬ）を含む。なお、予測とは、二次元画像で行われる予測と同様に、他の処理単位を参照し、処理対象の処理単位と類似する予測三次元データを生成し、当該予測三次元データと処理対象の処理単位との差分を符号化することである。また、この予測は、同一時刻の他の予測単位を参照する空間予測のみならず、異なる時刻の予測単位を参照する時間予測を含む。
例えば、三次元データ符号化装置（以下、符号化装置とも記す）は、ポイントクラウドなどの点群データにより表現される三次元空間を符号化する際には、ボクセルのサイズに応じて、点群の各点、又は、ボクセル内に含まれる複数点をまとめて符号化する。ボクセルを細分化すれば点群の三次元形状を高精度に表現でき、ボクセルのサイズを大きくすれば点群の三次元形状をおおまかに表現できる。
なお、以下では、三次元データがポイントクラウドである場合を例に説明を行うが、三次元データはポイントクラウドに限定されず、任意の形式の三次元データでよい。
また、階層構造のボクセルを用いてもよい。この場合、ｎ次の階層では、ｎ－１次以下の階層（ｎ次の階層の下層）にサンプル点が存在するかどうかを順に示してもよい。例えば、ｎ次の階層のみを復号する際において、ｎ－１次以下の階層にサンプル点が存在する場合は、ｎ次階層のボクセルの中心にサンプル点が存在するとみなして復号できる。
また、符号化装置は、点群データを、距離センサ、ステレオカメラ、単眼カメラ、ジャイロ、又は慣性センサなどを用いて取得する。
スペースは、動画像の符号化と同様に、単独で復号可能なイントラ・スペース（Ｉ－ＳＰＣ）、単方向の参照のみ可能なプレディクティブ・スペース（Ｐ－ＳＰＣ）、及び、双方向の参照が可能なバイディレクショナル・スペース（Ｂ－ＳＰＣ）を含む少なくとも３つの予測構造のいずれかに分類される。また、スペースは復号時刻と表示時刻との２種類の時刻情報を有する。
また、図１に示すように、複数のスペースを含む処理単位として、ランダムアクセス単位であるＧＯＳ（Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｓｐａｃｅ）が存在する。さらに、複数のＧＯＳを含む処理単位としてワールド（ＷＬＤ）が存在する。
ワールドが占める空間領域は、ＧＰＳ又は緯度及び経度情報などにより、地球上の絶対位置と対応付けられる。この位置情報はメタ情報として格納される。なお、メタ情報は、符号化データに含まれてもよいし、符号化データとは別に伝送されてもよい。
また、ＧＯＳ内では、全てのＳＰＣが三次元的に隣接してもよいし、他のＳＰＣと三次元的に隣接しないＳＰＣが存在してもよい。
なお、以下では、ＧＯＳ、ＳＰＣ又はＶＬＭ等の処理単位に含まれる三次元データに対する、符号化、復号又は参照等の処理を、単に、処理単位を符号化、復号又は参照する等とも記す。また、処理単位に含まれる三次元データは、例えば、三次元座標等の空間位置と、色情報等の特性値との少なくとも一つの組を含む。
次に、ＧＯＳにおけるＳＰＣの予測構造について説明する。同一ＧＯＳ内の複数のＳＰＣ、又は、同一ＳＰＣ内の複数のＶＬＭは、互いに異なる空間を占めるが、同じ時刻情報（復号時刻及び表示時刻）を持つ。
また、ＧＯＳ内で復号順で先頭となるＳＰＣはＩ－ＳＰＣである。また、ＧＯＳにはクローズドＧＯＳとオープンＧＯＳとの２種類が存在する。クローズドＧＯＳは、先頭Ｉ－ＳＰＣから復号開始する際に、ＧＯＳ内の全てのＳＰＣを復号できるＧＯＳである。オープンＧＯＳでは、ＧＯＳ内で先頭Ｉ－ＳＰＣよりも表示時刻が前となる一部のＳＰＣは異なるＧＯＳを参照しており、当該ＧＯＳのみで復号を行うことができない。
なお、地図情報などの符号化データでは、ＷＬＤを符号化順とは逆方向から復号することがあり、ＧＯＳ間に依存性があると逆方向再生が困難である。よって、このような場合には、基本的にはクローズドＧＯＳが用いられる。
また、ＧＯＳは、高さ方向にレイヤ構造を有し、下のレイヤのＳＰＣから順に符号化又は復号が行われる。
図２はＧＯＳの最下層レイヤに属するＳＰＣ間の予測構造の一例を示す図である。図３はレイヤ間の予測構造の一例を示す図である。
ＧＯＳ内には１つ以上のＩ－ＳＰＣが存在する。三次元空間内には、ヒト、動物、車、自転車、信号、又はランドマークとなる建物などのオブジェクトが存在するが、特にサイズが小さいオブジェクトはＩ－ＳＰＣとして符号化すると有効である。例えば、三次元データ復号装置（以下、復号装置とも記す）は、ＧＯＳを低処理量又は高速に復号する際には、ＧＯＳ内のＩ－ＳＰＣのみを復号する。
また、符号化装置は、ＷＬＤ内のオブジェクトの粗密さに応じてＩ－ＳＰＣの符号化間隔又は出現頻度を切替えてもよい。
また、図３に示す構成において、符号化装置又は復号装置は、複数のレイヤを下層（レイヤ１）から順に符号化又は復号する。これにより、例えば自動走行車などにとってより情報量の多い地面付近のデータの優先度を上げることができる。
なお、ドローンなどで用いられる符号化データでは、ＧＯＳ内において高さ方向で上のレイヤのＳＰＣから順に符号化又は復号してもよい。
また、符号化装置又は復号装置は、復号装置が荒くＧＯＳを把握でき、徐々に解像度を上げるようにできるように、複数のレイヤを符号化又は復号してもよい。例えば、符号化装置又は復号装置は、レイヤ３、８、１、９…の順に符号化又は復号してもよい。
次に、静的オブジェクト及び動的オブジェクトの扱い方について説明する。
三次元空間には、建物又は道路など静的なオブジェクト又はシーン（以降、まとめて静的オブジェクトと呼ぶ）と、車又はヒトなどの動的なオブジェクト（以降、動的オブジェクトと呼ぶ）とが存在する。オブジェクトの検出は、ポイントクラウドのデータ、又は、ステレオカメラなどのカメラ映像などから特徴点を抽出するなどして、別途行われる。ここでは、動的オブジェクトの符号化方法の例について説明する。
第１方法は、静的オブジェクトと動的オブジェクトとを区別せずに符号化する方法である。第２方法は、静的オブジェクトと動的オブジェクトとを識別情報により区別する方法である。
例えば、ＧＯＳが識別単位として用いられる。この場合、静的オブジェクトを構成するＳＰＣを含むＧＯＳと、動的オブジェクトを構成するＳＰＣを含むＧＯＳとが、符号化データ内、又は符号化データとは別途格納される識別情報により区別される。
または、ＳＰＣが識別単位として用いられてもよい。この場合、静的オブジェクトを構成するＶＬＭを含むＳＰＣと、動的オブジェクトを構成するＶＬＭを含むＳＰＣとが、上記識別情報により区別される。
または、ＶＬＭ或いはＶＸＬが識別単位として用いられてもよい。この場合、静的オブジェクトを含むＶＬＭ又はＶＸＬと、動的オブジェクトを含むＶＬＭ又はＶＸＬとが上記識別情報により区別される。
また、符号化装置は、動的オブジェクトを１以上のＶＬＭ又はＳＰＣとして符号化し、静的オブジェクトを含むＶＬＭ又はＳＰＣと、動的オブジェクトを含むＳＰＣとを、互いに異なるＧＯＳとして符号化してもよい。また、符号化装置は、動的オブジェクトのサイズに応じてＧＯＳのサイズが可変となる場合には、ＧＯＳのサイズをメタ情報として別途格納する。
また、符号化装置は、静的オブジェクトと動的オブジェクトとを互いに独立に符号化し、静的オブジェクトから構成されるワールドに対して、動的オブジェクトを重畳してもよい。このとき、動的オブジェクトは１以上のＳＰＣから構成され、各ＳＰＣは、当該ＳＰＣが重畳される静的オブジェクトを構成する１以上のＳＰＣに対応付けられる。なお、動的オブジェクトをＳＰＣではなく、１以上のＶＬＭ又はＶＸＬにより表現してもよい。
また、符号化装置は、静的オブジェクトと動的オブジェクトとを互いに異なるストリームとして符号化してもよい。
また、符号化装置は、動的オブジェクトを構成する１以上のＳＰＣを含むＧＯＳを生成してもよい。さらに、符号化装置は、動的オブジェクトを含むＧＯＳ（ＧＯＳ＿Ｍ）と、ＧＯＳ＿Ｍの空間領域に対応する静的オブジェクトのＧＯＳとを同一サイズ（同一の空間領域を占める）に設定してもよい。これにより、ＧＯＳ単位で重畳処理を行うことができる。
動的オブジェクトを構成するＰ－ＳＰＣ又はＢ－ＳＰＣは、符号化済みの異なるＧＯＳに含まれるＳＰＣを参照してもよい。動的オブジェクトの位置が時間的に変化し、同一の動的オブジェクトが異なる時刻のＧＯＳとして符号化されるケースでは、ＧＯＳを跨いだ参照が圧縮率の観点から有効となる。
また、符号化データの用途に応じて、上記の第１方法と第２方法とを切替えてもよい。例えば、符号化三次元データを地図として用いる場合は、動的オブジェクトを分離できることが望ましいため、符号化装置は、第２方法を用いる。一方、符号化装置は、コンサート又はスポーツなどのイベントの三次元データを符号化する場合に、動的オブジェクトを分離する必要がなければ、第１方法を用いる。
また、ＧＯＳ又はＳＰＣの復号時刻と表示時刻とは符号化データ内、又はメタ情報として格納できる。また、静的オブジェクトの時刻情報は全て同一としてもよい。このとき、実際の復号時刻と表示時刻は、復号装置が決定するものとしてもよい。あるいは、復号時刻として、ＧＯＳ、あるいは、ＳＰＣ毎に異なる値が付与され、表示時刻として全て同一の値が付与されてもよい。さらに、ＨＥＶＣのＨＲＤ（Ｈｙｐｏｔｈｅｔｉｃａｌ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｄｅｃｏｄｅｒ）など動画像符号化におけるデコーダモデルのように、デコーダが所定のサイズのバッファを有し、復号時刻に従って所定のビットレートでビットストリームを読み込めば破綻なく復号できることを保証するモデルを導入してもよい。
次に、ワールド内におけるＧＯＳの配置について説明する。ワールドにおける三次元空間の座標は、互いに直交する３本の座標軸（ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸）により表現される。ＧＯＳの符号化順に所定のルールを設けることで、空間的に隣接するＧＯＳが符号化データ内で連続するように符号化を行える。例えば、図４に示す例では、ｘｚ平面内のＧＯＳを連続的に符号化する。あるｘｚ平面内の全てのＧＯＳの符号化終了後にｙ軸の値を更新する。すなわち、符号化が進むにつれて、ワールドはｙ軸方向に伸びていく。また、ＧＯＳのインデックス番号は符号化順に設定される。
ここで、ワールドの三次元空間は、ＧＰＳ、或いは緯度及び経度などの地理的な絶対座標と１対１に対応付けておく。或いは、予め設定した基準位置からの相対位置により三次元空間が表現されてもよい。三次元空間のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の方向は、緯度及び経度などに基づいて決定される方向ベクトルとして表現され、当該方向ベクトルはメタ情報として符号化データと共に格納される。
また、ＧＯＳのサイズは固定とし、符号化装置は、当該サイズをメタ情報として格納する。また、ＧＯＳのサイズは、例えば、都市部か否か、又は、室内か外かなどに応じて切替えられてもよい。つまり、ＧＯＳのサイズは、情報としての価値があるオブジェクトの量又は性質に応じて切替えられてもよい。あるいは、符号化装置は、同一ワールド内において、オブジェクトの密度などに応じて、ＧＯＳのサイズ、又は、ＧＯＳ内のＩ－ＳＰＣの間隔を適応的に切替えてもよい。例えば、符号化装置は、オブジェクトの密度が高いほど、ＧＯＳのサイズを小さくし、ＧＯＳ内のＩ－ＳＰＣの間隔を短くする。
図５の例では、３番目から１０番目のＧＯＳの領域では、オブジェクトの密度が高いため、細かい粒度でのランダムアクセスを実現するために、ＧＯＳが細分化されている。なお、７番目から１０番目のＧＯＳは、それぞれ、３番目から６番目のＧＯＳの裏側に存在する。
次に、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置の構成及び動作の流れを説明する。図６は、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置１００のブロック図である。図７は、三次元データ符号化装置１００の動作例を示すフローチャートである。
図６に示す三次元データ符号化装置１００は、三次元データ１１１を符号化することで符号化三次元データ１１２を生成する。この三次元データ符号化装置１００は、取得部１０１と、符号化領域決定部１０２と、分割部１０３と、符号化部１０４とを備える。
図７に示すように、まず、取得部１０１は、点群データである三次元データ１１１を取得する（Ｓ１０１）。
次に、符号化領域決定部１０２は、取得した点群データに対応する空間領域のうち、符号化対象の領域を決定する（Ｓ１０２）。例えば、符号化領域決定部１０２は、ユーザ又は車両の位置に応じて、当該位置の周辺の空間領域を符号化対象の領域に決定する。
次に、分割部１０３は、符号化対象の領域に含まれる点群データを、各処理単位に分割する。ここで処理単位とは、上述したＧＯＳ及びＳＰＣ等である。また、この符号化対象の領域は、例えば、上述したワールドに対応する。具体的には、分割部１０３は、予め設定したＧＯＳのサイズ、又は、動的オブジェクトの有無或いはサイズに基づいて、点群データを処理単位に分割する（Ｓ１０３）。また、分割部１０３は、各ＧＯＳにおいて符号化順で先頭となるＳＰＣの開始位置を決定する。
次に、符号化部１０４は、各ＧＯＳ内の複数のＳＰＣを順次符号化することで符号化三次元データ１１２を生成する（Ｓ１０４）。
なお、ここでは、符号化対象の領域をＧＯＳ及びＳＰＣに分割した後に、各ＧＯＳを符号化する例を示したが、処理の手順は上記に限らない。例えば、一つのＧＯＳの構成を決定した後にそのＧＯＳを符号化し、その後、次のＧＯＳの構成を決定する等の手順を用いてもよい。
このように、三次元データ符号化装置１００は、三次元データ１１１を符号化することで符号化三次元データ１１２を生成する。具体的には、三次元データ符号化装置１００は、三次元データを、ランダムアクセス単位であって、各々が三次元座標に対応付けられている第１処理単位（ＧＯＳ）に分割し、第１処理単位（ＧＯＳ）を複数の第２処理単位（ＳＰＣ）に分割し、第２処理単位（ＳＰＣ）を複数の第３処理単位（ＶＬＭ）に分割する。また、第３処理単位（ＶＬＭ）は、位置情報が対応付けられる最小単位である１以上のボクセル（ＶＸＬ）を含む。
次に、三次元データ符号化装置１００は、複数の第１処理単位（ＧＯＳ）の各々を符号化することで符号化三次元データ１１２を生成する。具体的には、三次元データ符号化装置１００は、各第１処理単位（ＧＯＳ）において、複数の第２処理単位（ＳＰＣ）の各々を符号化する。また、三次元データ符号化装置１００は、各第２処理単位（ＳＰＣ）において、複数の第３処理単位（ＶＬＭ）の各々を符号化する。
例えば、三次元データ符号化装置１００は、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）がクローズドＧＯＳである場合には、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）に含まれる処理対象の第２処理単位（ＳＰＣ）を、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）に含まれる他の第２処理単位（ＳＰＣ）を参照して符号化する。つまり、三次元データ符号化装置１００は、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）とは異なる第１処理単位（ＧＯＳ）に含まれる第２処理単位（ＳＰＣ）を参照しない。
一方、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）がオープンＧＯＳである場合には、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）に含まれる処理対象の第２処理単位（ＳＰＣ）を、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）に含まれる他の第２処理単位（ＳＰＣ）、又は、処理対象の第１処理単位（ＧＯＳ）とは異なる第１処理単位（ＧＯＳ）に含まれる第２処理単位（ＳＰＣ）を参照して符号化する。
また、三次元データ符号化装置１００は、処理対象の第２処理単位（ＳＰＣ）のタイプとして、他の第２処理単位（ＳＰＣ）を参照しない第１タイプ（Ｉ－ＳＰＣ）、他の一つの第２処理単位（ＳＰＣ）を参照する第２タイプ（Ｐ－ＳＰＣ）、及び他の二つの第２処理単位（ＳＰＣ）を参照する第３タイプのうちいずれかを選択し、選択したタイプに従い処理対象の第２処理単位（ＳＰＣ）を符号化する。
次に、本実施の形態に係る三次元データ復号装置の構成及び動作の流れを説明する。図８は、本実施の形態に係る三次元データ復号装置２００のブロックのブロック図である。図９は、三次元データ復号装置２００の動作例を示すフローチャートである。
図８に示す三次元データ復号装置２００は、符号化三次元データ２１１を復号することで復号三次元データ２１２を生成する。ここで、符号化三次元データ２１１は、例えば、三次元データ符号化装置１００で生成された符号化三次元データ１１２である。この三次元データ復号装置２００は、取得部２０１と、復号開始ＧＯＳ決定部２０２と、復号ＳＰＣ決定部２０３と、復号部２０４とを備える。
まず、取得部２０１は、符号化三次元データ２１１を取得する（Ｓ２０１）。次に、復号開始ＧＯＳ決定部２０２は、復号対象のＧＯＳに決定する（Ｓ２０２）。具体的には、復号開始ＧＯＳ決定部２０２は、符号化三次元データ２１１内、又は符号化三次元データとは別に格納されたメタ情報を参照して、復号を開始する空間位置、オブジェクト、又は、時刻に対応するＳＰＣを含むＧＯＳを復号対象のＧＯＳに決定する。
次に、復号ＳＰＣ決定部２０３は、ＧＯＳ内で復号するＳＰＣのタイプ（Ｉ、Ｐ、Ｂ）を決定する（Ｓ２０３）。例えば、復号ＳＰＣ決定部２０３は、（１）Ｉ－ＳＰＣのみを復号するか、（２）Ｉ－ＳＰＣ及びＰ－ＳＰＣを復号するか、（３）全てのタイプを復号するかを決定する。なお、全てのＳＰＣを復号するなど、予め復号するＳＰＣのタイプが決定している場合は、本ステップは行われなくてもよい。
次に、復号部２０４は、ＧＯＳ内で復号順（符号化順と同一）で先頭となるＳＰＣが符号化三次元データ２１１内で開始するアドレス位置を取得し、当該アドレス位置から先頭ＳＰＣの符号化データを取得し、当該先頭ＳＰＣから順に各ＳＰＣを順次復号する（Ｓ２０４）。なお、上記アドレス位置は、メタ情報等に格納されている。
このように、三次元データ復号装置２００は、復号三次元データ２１２を復号する。具体的には、三次元データ復号装置２００は、ランダムアクセス単位であって、各々が三次元座標に対応付けられている第１処理単位（ＧＯＳ）の符号化三次元データ２１１の各々を復号することで第１処理単位（ＧＯＳ）の復号三次元データ２１２を生成する。より具体的には、三次元データ復号装置２００は、各第１処理単位（ＧＯＳ）において、複数の第２処理単位（ＳＰＣ）の各々を復号する。また、三次元データ復号装置２００は、各第２処理単位（ＳＰＣ）において、複数の第３処理単位（ＶＬＭ）の各々を復号する。
以下、ランダムアクセス用のメタ情報について説明する。このメタ情報は、三次元データ符号化装置１００で生成され、符号化三次元データ１１２（２１１）に含まれる。
従来の二次元の動画像におけるランダムアクセスでは、指定した時刻の近傍となるランダムアクセス単位の先頭フレームから復号を開始していた。一方、ワールドにおいては、時刻に加えて、空間（座標又はオブジェクトなど）に対するランダムアクセスが想定される。
そこで、少なくとも座標、オブジェクト、及び時刻の３つの要素へのランダムアクセスを実現するために、各要素とＧＯＳのインデックス番号とを対応付けるテーブルを用意する。さらに、ＧＯＳのインデックス番号とＧＯＳの先頭となるＩ－ＳＰＣのアドレスを対応付ける。図１０は、メタ情報に含まれるテーブルの一例を示す図である。なお、図１０に示す全てのテーブルが用いられる必要はなく、少なくとも一つのテーブルが用いられればよい。
以下、一例として、座標を起点とするランダムアクセスについて説明する。座標（ｘ２、ｙ２、ｚ２）にアクセスする際には、まず、座標－ＧＯＳテーブルを参照して、座標が（ｘ２、ｙ２、ｚ２）である地点は２番目のＧＯＳに含まれることが分かる。次に、ＧＯＳアドレステーブルを参照し、２番目のＧＯＳにおける先頭のＩ－ＳＰＣのアドレスがａｄｄｒ（２）であることが分かるため、復号部２０４は、このアドレスからデータを取得して復号を開始する。
なお、アドレスは、論理フォーマットにおけるアドレスであっても、ＨＤＤ又はメモリの物理アドレスであってもよい。また、アドレスの代わりにファイルセグメントを特定する情報が用いられてもよい。例えば、ファイルセグメントは、１つ以上のＧＯＳなどをセグメント化した単位である。
また、オブジェクトが複数のＧＯＳに跨る場合には、オブジェクト－ＧＯＳテーブルにおいて、オブジェクトが属するＧＯＳを複数示してもよい。当該複数のＧＯＳがクローズドＧＯＳであれば、符号化装置及び復号装置は、並列に符号化又は復号を行うことができる。一方、当該複数のＧＯＳがオープンＧＯＳであれば、複数のＧＯＳが互いに参照しあうことでより圧縮効率を高めることができる。
オブジェクトの例としては、ヒト、動物、車、自転車、信号、又はランドマークとなる建物などがある。例えば、三次元データ符号化装置１００は、ワールドの符号化時に三次元のポイントクラウドなどからオブジェクトに特有の特徴点を抽出し、当該特徴点に基づきオブジェクトを検出し、検出したオブジェクトをランダムアクセスポイントとして設定できる。
このように、三次元データ符号化装置１００は、複数の第１処理単位（ＧＯＳ）と、複数の第１処理単位（ＧＯＳ）の各々に対応付けられている三次元座標とを示す第１情報を生成する。また、符号化三次元データ１１２（２１１）は、この第１情報を含む。また、第１情報は、さらに、複数の第１処理単位（ＧＯＳ）の各々に対応付けられている、オブジェクト、時刻及びデータ格納先のうち少なくとも一つを示す。
三次元データ復号装置２００は、符号化三次元データ２１１から第１情報を取得し、第１情報を用いて、指定された三次元座標、オブジェクト又は時刻に対応する第１処理単位の符号化三次元データ２１１を特定し、当該符号化三次元データ２１１を復号する。
以下、その他のメタ情報の例について説明する。ランダムアクセス用のメタ情報の他に、三次元データ符号化装置１００は、以下のようなメタ情報を生成及び格納してもよい。また、三次元データ復号装置２００は、このメタ情報を復号時に利用してもよい。
三次元データを地図情報として用いる場合などには、用途に応じてプロファイルが規定され、当該プロファイルを示す情報がメタ情報に含まれてもよい。例えば、市街地或いは郊外向け、又は、飛行物体向けのプロファイルが規定され、それぞれにおいてワールド、ＳＰＣ又はＶＬＭの最大又は最小サイズなどが定義される。例えば、市街地向けでは、郊外向けよりも詳細な情報が必要なため、ＶＬＭの最小サイズが小さく設定される。
メタ情報は、オブジェクトの種類を示すタグ値を含んでもよい。このタグ値はオブジェクトを構成するＶＬＭ、ＳＰＣ、又はＧＯＳと対応付けられる。例えば、タグ値「０」は「人」を示し、タグ値「１」は「車」を示し、タグ値「２」は「信号機」を示す、などオブジェクトの種類ごとにタグ値が設定されてもよい。または、オブジェクトの種類が判定しにくい又は判定する必要がない場合はサイズ、又は、動的オブジェクトか静的オブジェクトかなどの性質を示すタグ値が用いられてもよい。
また、メタ情報は、ワールドが占める空間領域の範囲を示す情報を含んでもよい。
また、メタ情報は、符号化データのストリーム全体、又は、ＧＯＳ内のＳＰＣなど、複数のＳＰＣに共通のヘッダ情報として、ＳＰＣ又はＶＸＬのサイズを格納してもよい。
また、メタ情報は、ポイントクラウドの生成に用いた距離センサ或いはカメラなどの識別情報、又は、ポイントクラウド内の点群の位置精度を示す情報を含んでもよい。
また、メタ情報は、ワールドが静的オブジェクトのみから構成されるか、動的オブジェクトを含むかを示す情報を含んでもよい。
以下、本実施の形態の変形例について説明する。
符号化装置又は復号装置は、互いに異なる２以上のＳＰＣ又はＧＯＳを並列で符号化又は復号してもよい。並列で符号化又は復号するＧＯＳは、ＧＯＳの空間位置を示すメタ情報などに基づいて決定できる。
三次元データを車又は飛行物体などが移動する際の空間地図として用いる、又はこのような空間地図を生成するケースなどでは、符号化装置又は復号装置は、ＧＰＳ、経路情報、又はズーム倍率などに基づいて特定される空間に含まれるＧＯＳ又はＳＰＣを符号化又は復号してもよい。
また、復号装置は、自己位置又は走行経路に近い空間から順に復号を行ってもよい。符号化装置又は復号装置は、自己位置又は走行経路から遠い空間を、近い空間に比べて優先度を落として符号化又は復号してもよい。ここで、優先度を落とすとは、処理順を下げる、解像度を下げる（間引いて処理する）、又は、画質を下げる（符号化効率を上げる。例えば、量子化ステップを大きくする。）等である。
また、復号装置は、空間内で階層的に符号化されている符号化データを復号する際は、低階層のみを復号してもよい。
また、復号装置は、地図のズーム倍率又は用途に応じて、低階層から優先的に復号してもよい。
また、車又はロボットの自律走行時に行う自己位置推定又は物体認識などの用途では、符号化装置又は復号装置は、路面から特定高さ以内の領域（認識を行う領域）以外は解像度を落として符号化又は復号を行ってもよい。
また、符号化装置は、室内と室外との空間形状を表現するポイントクラウドをそれぞれ個別に符号化してもよい。例えば、室内を表現するＧＯＳ（室内ＧＯＳ）と室外を表現するＧＯＳ（室外ＧＯＳ）とを分けることで、復号装置は、符号化データを利用する際に、視点位置に応じて復号するＧＯＳを選択できる。
また、符号化装置は、座標が近い室内ＧＯＳと室外ＧＯＳとを、符号化ストリーム内で隣接するように符号化してもよい。例えば、符号化装置は、両者の識別子を対応付け、符号化ストリーム内、又は別途格納されるメタ情報内に対応付けた識別子を示す情報を格納する。これにより、復号装置は、メタ情報内の情報を参照して、座標が近い室内ＧＯＳと室外ＧＯＳとを識別できる。
また、符号化装置は、室内ＧＯＳと室外ＧＯＳとで、ＧＯＳ又はＳＰＣのサイズを切替えてもよい。例えば、符号化装置は、室内では室外に比べてＧＯＳのサイズを小さく設定する。また、符号化装置は、室内ＧＯＳと室外ＧＯＳとで、ポイントクラウドから特徴点を抽出する際の精度、又はオブジェクト検出の精度などを変更してもよい。
また、符号化装置は、復号装置が動的オブジェクトを静的オブジェクトと区別して表示するための情報を符号化データに付加してもよい。これにより、復号装置は、動的オブジェクトと赤枠又は説明用の文字などとを合わせて表示できる。なお、復号装置は、動的オブジェクトの代わりに赤枠又は説明用の文字のみを表示してもよい。また、復号装置は、より細かいオブジェクト種別を表示してもよい。例えば、車には赤枠が用いられ、ヒトには黄色枠が用いられてもよい。
また、符号化装置又は復号装置は、動的オブジェクトの出現頻度、又は、静的オブジェクトと動的オブジェクトとの割合などに応じて、動的オブジェクトと静的オブジェクトとを異なるＳＰＣ又はＧＯＳとして符号化又は復号するかどうかを決定してもよい。例えば、動的オブジェクトの出現頻度又は割合が閾値を超える場合には、動的オブジェクトと静的オブジェクトとが混在するＳＰＣ又はＧＯＳが許容され、動的オブジェクトの出現頻度又は割合が閾値を超えない場合には、動的オブジェクトと静的オブジェクトとが混在するＳＰＣ又はＧＯＳが許容されない。
動的オブジェクトをポイントクラウドではなく、カメラの二次元画像情報から検出する際には、符号化装置は、検出結果を識別するための情報（枠又は文字など）とオブジェクト位置とを別途取得し、これらの情報を三次元の符号化データの一部として符号化してもよい。この場合、復号装置は、静的オブジェクトの復号結果に対して、動的オブジェクトを示す補助情報（枠又は文字）を重畳して表示する。
また、符号化装置は、静的オブジェクトの形状の複雑さなどに応じて、ＳＰＣにおけるＶＸＬ又はＶＬＭの粗密さを変更してもよい。例えば、符号化装置は、静的オブジェクトの形状が複雑なほど、ＶＸＬ又はＶＬＭを密に設定する。さらに、符号化装置は、空間位置又は色情報を量子化する際の量子化ステップなどをＶＸＬ又はＶＬＭの粗密さに応じて決定してもよい。例えば、符号化装置は、ＶＸＬ又はＶＬＭが密なほど量子化ステップを小さく設定する。
以上のように、本実施の形態に係る符号化装置又は復号装置は、座標情報を有するスペース単位で空間の符号化又は復号を行う。
また、符号化装置及び復号装置は、スペース内において、ボリューム単位で符号化又は復号を行う。ボリュームは、位置情報が対応付けられる最小単位であるボクセルを含む。
また、符号化装置及び復号装置は、座標、オブジェクト、及び時間等を含む空間情報の各要素とＧＯＰとを対応付けたテーブル、又は各要素間を対応付けたテーブルにより任意の要素間を対応付けて符号化又は復号を行う。また、復号装置は、選択された要素の値を用いて座標を判定し、座標からボリューム、ボクセル又はスペースを特定し、当該ボリューム又はボクセルを含むスペース、又は特定されたスペースを復号する。
また、符号化装置は、特徴点抽出又はオブジェクト認識により、要素により選択可能なボリューム、ボクセル又はスペースを判定し、ランダムアクセス可能なボリューム、ボクセル又はスペースとして符号化する。
スペースは、当該スペース単体で符号化又は復号可能なＩ－ＳＰＣと、任意の１つの処理済みスペースを参照して符号化又は復号されるＰ－ＳＰＣと、任意の二つの処理済みスペースを参照して符号化又は復号されるＢ－ＳＰＣとの３種類のタイプに分類される。
１以上のボリュームが、静的オブジェクト又は動的なオブジェクトに対応する。静的オブジェクトを含むスペースと動的オブジェクトを含むスペースとは互いに異なるＧＯＳとして符号化又は復号される。つまり、静的オブジェクトを含むＳＰＣと、動的オブジェクトを含むＳＰＣとが異なるＧＯＳに割り当てられる。
動的オブジェクトはオブジェクトごとに符号化又は復号され、静的オブジェクトを含む１以上のスペースに対応付けられる。つまり、複数の動的オブジェクトは個別に符号化され、得られた複数の動的オブジェクトの符号化データは、静的オブジェクトを含むＳＰＣに対応付けられる。
符号化装置及び復号装置は、ＧＯＳ内のＩ－ＳＰＣの優先度を上げて、符号化又は復号を行う。例えば、符号化装置は、Ｉ－ＳＰＣの劣化が少なくなるように（復号後に元の三次元データがより忠実に再現されるように）符号化を行う。また、復号装置は、例えば、Ｉ－ＳＰＣのみを復号する。
符号化装置は、ワールド内のオブジェクトの疎密さ又は数（量）に応じてＩ－ＳＰＣを用いる頻度を変えて符号化を行ってもよい。つまり、符号化装置は、三次元データに含まれるオブジェクトの数又は粗密さに応じて、Ｉ－ＳＰＣを選択する頻度を変更する。例えば、符号化装置は、ワールド内のオブジェクトが密であるほどＩスペースを用いる頻度を上げる。
また、符号化装置は、ランダムアクセスポイントをＧＯＳ単位で設定し、ＧＯＳに対応する空間領域を示す情報をヘッダ情報に格納する。
符号化装置は、ＧＯＳの空間サイズとして、例えば、デフォルト値を使用する。なお、符号化装置は、オブジェクト又は動的オブジェクトの数（量）又は粗密さに応じてＧＯＳのサイズを変更してもよい。例えば、符号化装置は、オブジェクト或いは動的オブジェクトが密なほど、又は数が多いほど、ＧＯＳの空間サイズを小さくする。
また、スペース又はボリュームは、デプスセンサ、ジャイロ、又はカメラ等のセンサで得られた情報を用いて導出された特徴点群を含む。特徴点の座標はボクセルの中心位置に設定される。また、ボクセルの細分化により位置情報の高精度化を実現できる。
特徴点群は、複数のピクチャを用いて導出される。複数のピクチャは、実際の時刻情報と、スペースに対応付けられた複数のピクチャで同一の時刻情報（例えば、レート制御等に用いられる符号化時刻）との少なくとも２種類の時刻情報を有する。
また、１以上のスペースを含むＧＯＳ単位で符号化又は復号が行われる。
符号化装置及び復号装置は、処理済みのＧＯＳ内のスペースを参照して、処理対象のＧＯＳ内のＰスペース又はＢスペースの予測を行う。
または、符号化装置及び復号装置は、異なるＧＯＳを参照せず、処理対象のＧＯＳ内の処理済スペースを用いて処理対象のＧＯＳ内のＰスペース又はＢスペースの予測を行う。
また、符号化装置及び復号装置は、１以上のＧＯＳを含むワールド単位で符号化ストリームを送信又は受信する。
また、ＧＯＳは少なくともワールド内で１方向にレイヤ構造を持ち、符号化装置及び復号装置は、下位レイヤから符号化又は復号を行う。例えば、ランダムアクセス可能なＧＯＳは最下位レイヤに属する。上位レイヤに属するＧＯＳは同一レイヤ以下に属するＧＯＳを参照する。つまり、ＧＯＳは、予め定められた方向に空間分割され、各々が１以上のＳＰＣを含む複数のレイヤを含む。符号化装置及び復号装置は、各ＳＰＣを、当該ＳＰＣと同一レイヤ又は当該ＳＰＣより下層のレイヤに含まれるＳＰＣを参照して符号化又は復号する。
また、符号化装置及び復号装置は、複数のＧＯＳを含むワールド単位内で、連続してＧＯＳを符号化又は復号する。符号化装置及び復号装置は、符号化又は復号の順序（方向）を示す情報をメタデータとして書き込む又は読み出す。つまり、符号化データは、複数のＧＯＳの符号化順を示す情報を含む。
また、符号化装置及び復号装置は、互いに異なる２以上のスペース又はＧＯＳを並列で符号化又は復号する。
また、符号化装置及び復号装置は、スペース又はＧＯＳの空間情報（座標、サイズ等）を符号化又は復号する。
また、符号化装置及び復号装置は、ＧＰＳ、経路情報、又は倍率など、自己の位置又は／及び領域サイズに関する外部情報に基づいて特定される特定空間に含まれるスペース又はＧＯＳを符号化又は復号する。
符号化装置又は復号装置は、自己の位置から遠い空間は、近い空間に比べて優先度を落として符号化又は復号する。
符号化装置は、倍率又は用途に応じて、ワールドのある１方向を設定し、当該方向にレイヤ構造を持つＧＯＳを符号化する。また、復号装置は、倍率又は用途に応じて設定されたワールドのある１方向にレイヤ構造を持つＧＯＳを、下位レイヤから優先的に復号する。
符号化装置は、室内と室外とでスペースに含まれる特徴点抽出、オブジェクト認識の精度、又は空間領域サイズなどを変化させる。ただし、符号化装置及び復号装置は、座標が近い室内ＧＯＳと室外ＧＯＳとをワールド内で隣接して符号化又は復号し、これらの識別子も対応付けて符号化又は復号する。
（実施の形態２）
ポイントクラウドの符号化データを実際の装置又はサービスにおいて使用する際には、ネットワーク帯域を抑制するために用途に応じて必要な情報を送受信することが望ましい。しかしながら、これまで、三次元データの符号化構造にはそのような機能が存在せず、そのための符号化方法も存在しなかった。
本実施の形態では、三次元のポイントクラウドの符号化データにおいて用途に応じて必要な情報のみを送受信する機能を提供するための三次元データ符号化方法及び三次元データ符号化装置、並びに、当該符号化データを復号する三次元データ復号方法及び三次元データ復号装置について説明する。
特徴量を一定以上持つボクセル（ＶＸＬ）を特徴ボクセル（ＦＶＸＬ）と定義し、ＦＶＸＬで構成されるワールド（ＷＬＤ）をスパースワールド（ＳＷＬＤ）と定義する。図１１は、スパースワールド及びワールドの構成例を示す図である。ＳＷＬＤには、ＦＶＸＬで構成されるＧＯＳであるＦＧＯＳと、ＦＶＸＬで構成されるＳＰＣであるＦＳＰＣと、ＦＶＸＬで構成されるＶＬＭであるＦＶＬＭと含まれる。ＦＧＯＳ、ＦＳＰＣ及びＦＶＬＭのデータ構造及び予測構造はＧＯＳ、ＳＰＣ及びＶＬＭと同様であっても構わない。
特徴量とは、ＶＸＬの三次元位置情報、又はＶＸＬ位置の可視光情報を表現する特徴量であり、特に立体物のコーナー及びエッジ等で多く検出される特徴量である。具体的には、この特徴量は、下記のような三次元特徴量又は可視光の特徴量であるが、その他、ＶＸＬの位置、輝度、又は色情報などを表す特徴量であれば、どのようなものでも構わない。
三次元特徴量として、ＳＨＯＴ特徴量（Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ ｏｆ Ｈｉｓｔｏｇｒａｍｓ ｏｆ ＯｒｉｅｎＴａｔｉｏｎｓ）、ＰＦＨ特徴量（Ｐｏｉｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｈｉｓｔｏｇｒａｍｓ）、又はＰＰＦ特徴量（Ｐｏｉｎｔ Ｐａｉｒ Ｆｅａｔｕｒｅ）が用いられる。
ＳＨＯＴ特徴量は、ＶＸＬ周辺を分割し、基準点と分割された領域の法線ベクトルとの内積を計算してヒストグラム化することで得られる。このＳＨＯＴ特徴量は、次元数が高く、特徴表現力が高いという特徴を有する。
ＰＦＨ特徴量は、ＶＸＬ近傍の多数の２点組を選択し、その２点から法線ベクトル等を算出してヒストグラム化することで得られる。このＰＦＨ特徴量は、ヒストグラム特徴なので、多少の外乱に対してロバスト性を有し、特徴表現力も高いという特徴を有する。
ＰＰＦ特徴量は、２点のＶＸＬ毎に法線ベクトル等を用いて算出される特徴量である。このＰＰＦ特徴量には、全ＶＸＬが使われるため、オクルージョンに対してロバスト性を有する。
また、可視光の特徴量として、画像の輝度勾配情報等の情報を用いたＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ－Ｉｎｖａｒｉａｎｔ Ｆｅａｔｕｒｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）、ＳＵＲＦ（Ｓｐｅｅｄｅｄ Ｕｐ Ｒｏｂｕｓｔ Ｆｅａｔｕｒｅｓ）、又はＨＯＧ（Ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｆ Ｏｒｉｅｎｔｅｄ Ｇｒａｄｉｅｎｔｓ）等を用いることができる。
ＳＷＬＤは、ＷＬＤの各ＶＸＬから上記特徴量を算出し、ＦＶＸＬを抽出することで生成される。ここで、ＳＷＬＤはＷＬＤが更新される度に更新しても構わないし、ＷＬＤの更新タイミングに関わらず、一定時間経過後に定期的に更新するようにしても構わない。
ＳＷＬＤは特徴量毎に生成しても構わない。例えば、ＳＨＯＴ特徴量に基づくＳＷＬＤ１とＳＩＦＴ特徴量に基づくＳＷＬＤ２とのように、特徴量毎に別々のＳＷＬＤが生成され、用途に応じてＳＷＬＤを使い分けるようにしても構わない。また、算出した各ＦＶＸＬの特徴量を特徴量情報として各ＦＶＸＬに保持するようにしても構わない。
次に、スパースワールド（ＳＷＬＤ）の利用方法について説明する。ＳＷＬＤは特徴ボクセル（ＦＶＸＬ）のみを含むため、全てのＶＸＬを含むＷＬＤと比べて一般的にデータサイズが小さい。
特徴量を利用して何らかの目的を果たすアプリケーションにおいては、ＷＬＤの代わりにＳＷＬＤの情報を利用することで、ハードディスクからの読み出し時間、並びにネットワーク転送時の帯域及び転送時間を抑制することができる。例えば、地図情報として、ＷＬＤとＳＷＬＤとをサーバに保持しておき、クライアントからの要望に応じて、送信する地図情報をＷＬＤ又はＳＷＬＤに切り替えることにより、ネットワーク帯域及び転送時間を抑制することができる。以下、具体的な例を示す。
図１２及び図１３は、ＳＷＬＤ及びＷＬＤの利用例を示す図である。図１２に示すように、車載装置であるクライアント１が自己位置判定用途として地図情報を必要な場合は、クライアント１はサーバに自己位置推定用の地図データの取得要望を送る（Ｓ３０１）。サーバは、当該取得要望に応じてＳＷＬＤをクライアント１に送信する（Ｓ３０２）。クライアント１は、受信したＳＷＬＤを用いて自己位置判定を行う（Ｓ３０３）。この際、クライアント１はレンジファインダなどの距離センサ、ステレオカメラ、又は複数の単眼カメラの組合せ等の様々な方法でクライアント１の周辺のＶＸＬ情報を取得し、得られたＶＸＬ情報とＳＷＬＤとから自己位置情報を推定する。ここで自己位置情報は、クライアント１の三次元位置情報及び向き等を含む。
図１３に示すように、車載装置であるクライアント２が三次元地図等の地図描画の用途として地図情報が必要な場合は、クライアント２はサーバに地図描画用の地図データの取得要望を送る（Ｓ３１１）。サーバは、当該取得要望に応じてＷＬＤをクライアント２に送信する（Ｓ３１２）。クライアント２は、受信したＷＬＤを用いて地図描画を行う（Ｓ３１３）。この際、クライアント２は、例えば、自己が可視光カメラ等で撮影した画像と、サーバから取得したＷＬＤとを用いてレンダリング画像を作成し、作成した画像をカーナビ等の画面に描画する。
上記のように、サーバは、自己位置推定のような各ＶＸＬの特徴量を主に必要とする用途ではＳＷＬＤをクライアントに送信し、地図描画のように詳細なＶＸＬ情報が必要な場合はＷＬＤをクライアントに送信する。これにより、地図データを効率よく送受信することが可能となる。
なお、クライアントは、自分でＳＷＬＤとＷＬＤのどちらが必要かを判断し、サーバへＳＷＬＤ又はＷＬＤの送信を要求しても構わない。また、サーバは、クライアント又はネットワークの状況に合わせて、ＳＷＬＤかＷＬＤのどちらを送信すべきかを判断しても構わない。
次に、スパースワールド（ＳＷＬＤ）とワールド（ＷＬＤ）との送受信を切り替える方法を説明する。
ネットワーク帯域に応じてＷＬＤ又はＳＷＬＤを受信するかを切替えるようにしてもよい。図１４は、この場合の動作例を示す図である。例えば、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）環境下等の使用できるネットワーク帯域が限られている低速ネットワークが用いられている場合には、クライアントは、低速ネットワーク経由でサーバにアクセスし（Ｓ３２１）、サーバから地図情報としてＳＷＬＤを取得する（Ｓ３２２）。一方、Ｗｉ‐Ｆｉ（登録商標）環境下等のネットワーク帯域に余裕がある高速ネットワークが用いられている場合には、クライアントは、高速ネットワーク経由でサーバにアクセスし（Ｓ３２３）、サーバからＷＬＤを取得する（Ｓ３２４）。これにより、クライアントは、当該クライアントのネットワーク帯域に応じて適切な地図情報を取得することができる。
具体的には、クライアントは、屋外ではＬＴＥ経由でＳＷＬＤを受信し、施設等の屋内に入った場合はＷｉ‐Ｆｉ（登録商標）経由でＷＬＤを取得する。これにより、クライアントは、屋内のより詳細な地図情報を取得することが可能となる。
このように、クライアントは、自身が用いるネットワークの帯域に応じてサーバにＷＬＤ又はＳＷＬＤを要求してもよい。または、クライアントは、自身が用いるネットワークの帯域を示す情報をサーバに送信し、サーバは当該情報に応じて当該クライアントに適したデータ（ＷＬＤ又はＳＷＬＤ）を送信してもよい。または、サーバは、クライアントのネットワーク帯域を判別し、当該クライアントに適したデータ（ＷＬＤ又はＳＷＬＤ）を送信してもよい。
また、移動速度に応じてＷＬＤ又はＳＷＬＤを受信するかを切替えるようにしてもよい。図１５は、この場合の動作例を示す図である。例えば、クライアントが高速移動をしている場合は（Ｓ３３１）、クライアントはＳＷＬＤをサーバから受信する（Ｓ３３２）。一方、クライアントが低速移動をしている場合は（Ｓ３３３）、クライアントはＷＬＤをサーバから受信する（Ｓ３３４）。これにより、クライアントは、ネットワーク帯域を抑制しながら、速度に合った地図情報を取得することができる。具体的には、クライアントは、高速道路を走行中にはデータ量の少ないＳＷＬＤを受信することにより、大まかな地図情報を適切な速度で更新することができる。一方、クライアントは、一般道路を走行中にはＷＬＤを受信することにより、より詳細な地図情報を取得することが可能となる。
このように、クライアントは、自身の移動速度に応じてサーバにＷＬＤ又はＳＷＬＤを要求してもよい。または、クライアントは、自身の移動速度を示す情報をサーバに送信し、サーバは当該情報に応じて当該クライアントに適したデータ（ＷＬＤ又はＳＷＬＤ）を送信してもよい。または、サーバは、クライアントの移動速度を判別し、当該クライアントに適したデータ（ＷＬＤ又はＳＷＬＤ）を送信してもよい。
また、クライアントは、最初にＳＷＬＤをサーバより取得し、その中で重要な領域のＷＬＤを取得しても構わない。例えば、クライアントは、地図データを取得する際に、最初に大まかな地図情報をＳＷＬＤで取得し、そこから建物、標識、又は人物等の特徴が多く出現する領域を絞り込み、絞り込んだ領域のＷＬＤを後から取得する。これにより、クライアントは、サーバからの受信データ量を抑制しつつ、必要な領域の詳細な情報を取得することが可能となる。
また、サーバは、ＷＬＤから物体毎に別々のＳＷＬＤを作成し、クライアントは、用途に合わせて、それぞれを受信してもよい。これにより、ネットワーク帯域を抑制できる。例えば、サーバは、ＷＬＤから予め人又は車を認識し、人のＳＷＬＤと車のＳＷＬＤを作成する。クライアントは、周囲の人の情報を取得したい場合には人のＳＷＬＤを、車の情報を取得したい場合には車のＳＷＬＤを受信する。また、このようなＳＷＬＤの種類はヘッダ等に付加された情報（フラグ又はタイプ等）によって区別するようにしても構わない。
次に、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置（例えばサーバ）の構成及び動作の流れを説明する。図１６は、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置４００のブロック図である。図１７は、三次元データ符号化装置４００による三次元データ符号化処理のフローチャートである。
図１６に示す三次元データ符号化装置４００は、入力三次元データ４１１を符号化することで符号化ストリームである符号化三次元データ４１３及び４１４を生成する。ここで、符号化三次元データ４１３はＷＬＤに対応する符号化三次元データであり、符号化三次元データ４１４はＳＷＬＤに対応する符号化三次元データである。この三次元データ符号化装置４００は、取得部４０１と、符号化領域決定部４０２と、ＳＷＬＤ抽出部４０３と、ＷＬＤ符号化部４０４と、ＳＷＬＤ符号化部４０５とを備える。
図１７に示すように、まず、取得部４０１は、三次元空間内の点群データである入力三次元データ４１１を取得する（Ｓ４０１）。
次に、符号化領域決定部４０２は、点群データが存在する空間領域に基づいて、符号化対象の空間領域を決定する（Ｓ４０２）。
次に、ＳＷＬＤ抽出部４０３は、符号化対象の空間領域をＷＬＤと定義し、ＷＬＤに含まれる各ＶＸＬから特徴量を算出する。そして、ＳＷＬＤ抽出部４０３は、特徴量が予め定められた閾値以上のＶＸＬを抽出し、抽出したＶＸＬをＦＶＸＬと定義し、当該ＦＶＸＬをＳＷＬＤへ追加することで、抽出三次元データ４１２を生成する（Ｓ４０３）。つまり、入力三次元データ４１１から特徴量が閾値以上の抽出三次元データ４１２が抽出される。
次に、ＷＬＤ符号化部４０４は、ＷＬＤに対応する入力三次元データ４１１を符号化することでＷＬＤに対応する符号化三次元データ４１３を生成する（Ｓ４０４）。このとき、ＷＬＤ符号化部４０４は、符号化三次元データ４１３のヘッダに、当該符号化三次元データ４１３がＷＬＤを含むストリームであることを区別するための情報を付加する。
また、ＳＷＬＤ符号化部４０５は、ＳＷＬＤに対応する抽出三次元データ４１２を符号化することでＳＷＬＤに対応する符号化三次元データ４１４を生成する（Ｓ４０５）。このとき、ＳＷＬＤ符号化部４０５は、符号化三次元データ４１４のヘッダに、当該符号化三次元データ４１４がＳＷＬＤを含むストリームであることを区別するための情報を付加する。
なお、符号化三次元データ４１３を生成する処理と、符号化三次元データ４１４を生成する処理との処理順は上記と逆でもよい。また、これらの処理の一部又は全てが並列に行われてもよい。
符号化三次元データ４１３及び４１４のヘッダに付与される情報として、例えば、「ｗｏｒｌｄ＿ｔｙｐｅ」というパラメータが定義される。ｗｏｒｌｄ＿ｔｙｐｅ＝０の場合はストリームがＷＬＤを含むことを表し、ｗｏｒｌｄ＿ｔｙｐｅ＝１の場合はストリームがＳＷＬＤを含むことを表す。更にその他の多数の種別を定義する場合には、ｗｏｒｌｄ＿ｔｙｐｅ＝２のように割り当てる数値を増やすようにしても構わない。また、符号化三次元データ４１３及び４１４の一方に特定のフラグが含まれてもよい。例えば、符号化三次元データ４１４に、当該ストリームがＳＷＬＤを含むことを含むフラグが付与されてもよい。この場合、復号装置は、フラグの有無によりＷＬＤを含むストリームか、ＳＷＬＤを含むストリームかを判別できる。
また、ＷＬＤ符号化部４０４がＷＬＤを符号化する際に使用する符号化方法と、ＳＷＬＤ符号化部４０５がＳＷＬＤを符号化する際に使用する符号化方法とは異なってもよい。
例えば、ＳＷＬＤではデータが間引かされているため、ＷＬＤに比べ、周辺のデータとの相関が低くなる可能性がある。よって、ＳＷＬＤに用いられる符号化方法では、ＷＬＤに用いられる符号化方法よりもイントラ予測及びインター予測のうちインター予測が優先されてもよい。
また、ＳＷＬＤに用いられる符号化方法とＷＬＤに用いられる符号化方法とでは、三次元位置の表現手法が異なってもよい。例えば、ＳＷＬＤでは、三次元座標によりＦＶＸＬの三次元位置を表現し、ＷＬＤでは、後述する８分木により三次元位置が表現されてもよいし、その逆でもよい。
また、ＳＷＬＤ符号化部４０５は、ＳＷＬＤの符号化三次元データ４１４のデータサイズがＷＬＤの符号化三次元データ４１３のデータサイズより小さくなるように符号化を行う。例えば、上述したようにＳＷＬＤは、ＷＬＤに比べ、データ間の相関が低くなる可能性がある。これにより、符号化効率が下がり、符号化三次元データ４１４のデータサイズがＷＬＤの符号化三次元データ４１３のデータサイズより大きくなる可能性がある。よって、ＳＷＬＤ符号化部４０５は、得られた符号化三次元データ４１４のデータサイズが、ＷＬＤの符号化三次元データ４１３のデータサイズより大きい場合には、再符号化を行うことで、データサイズを低減した符号化三次元データ４１４を再生成する。
例えば、ＳＷＬＤ抽出部４０３は、抽出する特徴点の数を減らした抽出三次元データ４１２を再生成し、ＳＷＬＤ符号化部４０５は、当該抽出三次元データ４１２を符号化する。または、ＳＷＬＤ符号化部４０５における量子化の程度をより粗くしてもよい。例えば、後述する８分木構造において、最下層のデータを丸め込むことで、量子化の程度を粗くすることができる。
また、ＳＷＬＤ符号化部４０５は、ＳＷＬＤの符号化三次元データ４１４のデータサイズをＷＬＤの符号化三次元データ４１３のデータサイズより小さくできない場合は、ＳＷＬＤの符号化三次元データ４１４を生成しなくてもよい。または、ＷＬＤの符号化三次元データ４１３がＳＷＬＤの符号化三次元データ４１４にコピーされてもよい。つまり、ＳＷＬＤの符号化三次元データ４１４としてＷＬＤの符号化三次元データ４１３がそのまま用いられてもよい。
次に、本実施の形態に係る三次元データ復号装置（例えばクライアント）の構成及び動作の流れを説明する。図１８は、本実施の形態に係る三次元データ復号装置５００のブロック図である。図１９は、三次元データ復号装置５００による三次元データ復号処理のフローチャートである。
図１８に示す三次元データ復号装置５００は、符号化三次元データ５１１を復号することで復号三次元データ５１２又は５１３を生成する。ここで、符号化三次元データ５１１は、例えば、三次元データ符号化装置４００で生成された符号化三次元データ４１３又は４１４である。
この三次元データ復号装置５００は、取得部５０１と、ヘッダ解析部５０２と、ＷＬＤ復号部５０３と、ＳＷＬＤ復号部５０４とを備える。
図１９に示すように、まず、取得部５０１は、符号化三次元データ５１１を取得する（Ｓ５０１）。次に、ヘッダ解析部５０２は、符号化三次元データ５１１のヘッダを解析し、符号化三次元データ５１１がＷＬＤを含むストリームか、ＳＷＬＤを含むストリームかを判別する（Ｓ５０２）。例えば、上述したｗｏｒｌｄ＿ｔｙｐｅのパラメータが参照され、判別が行われる。
符号化三次元データ５１１がＷＬＤを含むストリームである場合（Ｓ５０３でＹｅｓ）、ＷＬＤ復号部５０３は、符号化三次元データ５１１を復号することでＷＬＤの復号三次元データ５１２を生成する（Ｓ５０４）。一方、符号化三次元データ５１１がＳＷＬＤを含むストリームである場合（Ｓ５０３でＮｏ）、ＳＷＬＤ復号部５０４は、符号化三次元データ５１１を復号することでＳＷＬＤの復号三次元データ５１３を生成する（Ｓ５０５）。
また、符号化装置と同様に、ＷＬＤ復号部５０３がＷＬＤを復号する際に使用する復号方法と、ＳＷＬＤ復号部５０４がＳＷＬＤを復号する際に使用する復号方法とは異なってもよい。例えば、ＳＷＬＤに用いられる復号方法では、ＷＬＤに用いられる復号方法よりもイントラ予測及びインター予測のうちインター予測が優先されてもよい。
また、ＳＷＬＤに用いられる復号方法とＷＬＤに用いられる復号方法とでは、三次元位置の表現手法が異なってもよい。例えば、ＳＷＬＤでは、三次元座標によりＦＶＸＬの三次元位置を表現し、ＷＬＤでは、後述する８分木により三次元位置が表現されてもよいし、その逆でもよい。
次に、三次元位置の表現手法である８分木表現について説明する。三次元データに含まれるＶＸＬデータは８分木構造に変換された後、符号化される。図２０は、ＷＬＤのＶＸＬの一例を示す図である。図２１は、図２０に示すＷＬＤの８分木構造を示す図である。図２０に示す例では、点群を含むＶＸＬ（以下、有効ＶＸＬ）である３つＶＸＬ１～３が存在する。図２１に示すように、８分木構造はノードとリーフで構成される。各ノードは最大で８つのノードまたはリーフを持つ。各リーフはＶＸＬ情報を持つ。ここで、図２１に示すリーフのうち、リーフ１、２、３はそれぞれ図２０に示すＶＸＬ１、ＶＸＬ２、ＶＸＬ３を表す。
具体的には、各ノード及びリーフは三次元位置に対応する。ノード１は、図２０に示す全体のブロックに対応する。ノード１に対応するブロックは８つのブロックに分割され、８つのブロックのうち、有効ＶＸＬを含むブロックがノードに設定され、それ以外のブロックはリーフに設定される。ノードに対応するブロックは、さらに８つのノードまたはリーフに分割され、この処理が木構造の階層分繰り返される。また、最下層のブロックは、全てリーフに設定される。
また、図２２は、図２０に示すＷＬＤから生成したＳＷＬＤの例を示す図である。図２０に示すＶＸＬ１及びＶＸＬ２は特徴量抽出の結果、ＦＶＸＬ１及びＦＶＸＬ２と判定され、ＳＷＬＤに加えられている。一方で、ＶＸＬ３はＦＶＸＬと判定されず、ＳＷＬＤに含まれていない。図２３は、図２２に示すＳＷＬＤの８分木構造を示す図である。図２３に示す８分木構造では、図２１に示す、ＶＸＬ３に相当するリーフ３が削除されている。これにより、図２１に示すノード３が有効ＶＸＬを持たなくなり、リーフに変更されている。このように一般的にＳＷＬＤのリーフ数はＷＬＤのリーフ数より少なくなり、ＳＷＬＤの符号化三次元データもＷＬＤの符号化三次元データより小さくなる。
以下、本実施の形態の変形例について説明する。
例えば、車載装置等のクライアントは、自己位置推定を行う場合に、ＳＷＬＤをサーバから受信し、ＳＷＬＤを用いて自己位置推定を行い、障害物検知を行う場合は、レンジファインダなどの距離センサ、ステレオカメラ、又は複数の単眼カメラの組合せ等の様々な方法を用いて自分で取得した周辺の三次元情報に基づいて障害物検知を実施してもよい。
また、一般的にＳＷＬＤには平坦領域のＶＸＬデータが含まれにくい。そのため、サーバは、静的な障害物の検知用に、ＷＬＤをサブサンプルしたサブサンプルワールド（ｓｕｂＷＬＤ）を保持し、ＳＷＬＤとｓｕｂＷＬＤをクライアントに送信してもよい。これにより、ネットワーク帯域を抑制しつつ、クライアント側で自己位置推定及び障害物検知を行うことができる。
また、クライアントが三次元地図データを高速に描画する際には、地図情報がメッシュ構造である方が便利な場合がある。そこで、サーバは、ＷＬＤからメッシュを生成し、メッシュワールド（ＭＷＬＤ）として予め保持してもよい。例えばクライアントは、粗い三次元描画を必要としている場合にはＭＷＬＤを受信し、詳細な三次元描画を必要としている場合にはＷＬＤを受信する。これにより、ネットワーク帯域を抑制することができる。
また、サーバは、各ＶＸＬのうち、特徴量が閾値以上であるＶＸＬをＦＶＸＬに設定したが、異なる方法にてＦＶＸＬを算出しても構わない。例えば、サーバは、信号又は交差点などを構成するＶＸＬ、ＶＬＭ、ＳＰＣ、又はＧＯＳを、自己位置推定、運転アシスト、又は自動運転等に必要と判断し、ＦＶＸＬ、ＦＶＬＭ、ＦＳＰＣ、ＦＧＯＳとしてＳＷＬＤに含めるようにしても構わない。また、上記判断は手動で行われてもよい。なお、特徴量に基づき設定されたＦＶＸＬ等に、上記方法で得られたＦＶＸＬ等を加えてもよい。つまり、ＳＷＬＤ抽出部４０３は、さらに、入力三次元データ４１１から予め定められた属性を有する物体に対応するデータを抽出三次元データ４１２として抽出してもよい。
また、それらの用途に必要な旨を特徴量とは別にラベリングするようにしても構わない。また、サーバは、ＳＷＬＤの上位レイヤ（例えばレーンワールド）として、信号又は交差点などの自己位置推定、運転アシスト、又は自動運転等に必要なＦＶＸＬを別途保持してもよい。
また、サーバは、ＷＬＤ内のＶＸＬにもランダムアクセス単位又は所定の単位毎に属性を付加してもよい。属性は、例えば、自己位置推定に必要或いは不要かを示す情報、又は、信号或いは交差点などの交通情報として重要かどうかなどを示す情報を含む。また、属性は、レーン情報（ＧＤＦ：Ｇｅｏｇｒａｐｈｉｃ Ｄａｔａ Ｆｉｌｅｓなど）におけるＦｅａｔｕｒｅ（交差点又は道路など）との対応関係を含んでもよい。
また、ＷＬＤ又はＳＷＬＤの更新方法として下記のような方法を用いても構わない。
人、工事、又は並木（トラック向け）の変化などを示す更新情報が点群又はメタデータとしてサーバにアップロードされる。サーバは、当該アップロードに基づき、ＷＬＤを更新し、その後、更新したＷＬＤを用いてＳＷＬＤを更新する。
また、クライアントは、自己位置推定時に自身で生成した三次元情報とサーバから受信した三次元情報との不整合を検知した場合、自身で生成した三次元情報を更新通知とともにサーバに送信してもよい。この場合、サーバは、ＷＬＤを用いてＳＷＬＤを更新する。ＳＷＬＤが更新されない場合、サーバは、ＷＬＤ自体が古いと判断する。
また、符号化ストリームのヘッダ情報として、ＷＬＤかＳＷＬＤかを区別する情報が付加されるとしたが、例えば、メッシュワールド又はレーンワールド等、多種類のワールドが存在する場合には、それらを区別する情報がヘッダ情報に付加されても構わない。また、特徴量が異なるＳＷＬＤが多数存在する場合には、それぞれを区別する情報がヘッダ情報に付加されても構わない。
また、ＳＷＬＤは、ＦＶＸＬで構成されるとしたが、ＦＶＸＬと判定されなかったＶＸＬを含んでもよい。例えば、ＳＷＬＤは、ＦＶＸＬの特徴量を算出する際に使用する隣接ＶＸＬを含んでもよい。これにより、ＳＷＬＤの各ＦＶＸＬに特徴量情報が付加されない場合でも、クライアントは、ＳＷＬＤを受信した際にＦＶＸＬの特徴量を算出することができる。なお、その際には、ＳＷＬＤは各ＶＸＬがＦＶＸＬかＶＸＬかを区別するための情報を含んでもよい。
以上のように、三次元データ符号化装置４００は、入力三次元データ４１１（第１三次元データ）から特徴量が閾値以上の抽出三次元データ４１２（第２三次元データ）を抽出し、抽出三次元データ４１２を符号化することで符号化三次元データ４１４（第１符号化三次元データ）を生成する。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、特徴量が閾値以上のデータを符号化した符号化三次元データ４１４を生成する。これにより、入力三次元データ４１１をそのまま符号化する場合に比べてデータ量を削減できる。よって、三次元データ符号化装置４００は、伝送するデータ量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置４００は、さらに、入力三次元データ４１１を符号化することで符号化三次元データ４１３（第２符号化三次元データ）を生成する。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、例えば、使用用途等に応じて、符号化三次元データ４１３と符号化三次元データ４１４とを選択的に伝送できる。
また、抽出三次元データ４１２は、第１符号化方法により符号化され、入力三次元データ４１１は、第１符号化方法とは異なる第２符号化方法により符号化される。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、入力三次元データ４１１と抽出三次元データ４１２とにそれぞれ適した符号化方法を用いることができる。
また、第１符号化方法では、第２符号化方法よりもイントラ予測及びインター予測のうちインター予測が優先される。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、隣接するデータ間の相関が低くなりやすい抽出三次元データ４１２に対して、インター予測の優先度を上げることができる。
また、第１符号化方法と第２符号化方法とでは、三次元位置の表現手法が異なる。例えば、例えば、第２符号化方法では、８分木により三次元位置が表現され、第１符号化方法では、三次元座標により三次元位置を表現される。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、データ数（ＶＸＬ又はＦＶＸＬの数）が異なる三次元データに対して、より適した三次元位置の表現手法を用いることができる。
また、符号化三次元データ４１３及び４１４の少なくとも一方は、当該符号化三次元データが入力三次元データ４１１を符号化することで得られた符号化三次元データであるか、入力三次元データ４１１のうちの一部を符号化することで得られた符号化三次元データであるかを示す識別子を含む。つまり、当該識別子は、符号化三次元データがＷＬＤの符号化三次元データ４１３であるかＳＷＬＤの符号化三次元データ４１４であるかを示す。
これによれば、復号装置は、取得した符号化三次元データが符号化三次元データ４１３であるか符号化三次元データ４１４であるかを容易に判定できる。
また、三次元データ符号化装置４００は、符号化三次元データ４１４のデータ量が符号化三次元データ４１３のデータ量より小さくなるように抽出三次元データ４１２を符号化する。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、符号化三次元データ４１４のデータ量を符号化三次元データ４１３のデータ量より小さくできる。
また、三次元データ符号化装置４００は、さらに、入力三次元データ４１１から予め定められた属性を有する物体に対応するデータを抽出三次元データ４１２として抽出する。例えば、予め定められた属性を有する物体とは、自己位置推定、運転アシスト、又は自動運転等に必要な物体であり、信号又は交差点などである。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、復号装置で必要となるデータを含む符号化三次元データ４１４を生成できる。
また、三次元データ符号化装置４００（サーバ）は、さらに、クライアントの状態に応じて、符号化三次元データ４１３及び４１４の一方をクライアントに送信する。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、クライアントの状態に応じて適切なデータを送信できる。
また、クライアントの状態は、クライアントの通信状況（例えばネットワーク帯域）、又はクライアントの移動速度を含む。
また、三次元データ符号化装置４００は、さらに、クライアントの要求に応じて、符号化三次元データ４１３及び４１４の一方をクライアントに送信する。
これによれば、三次元データ符号化装置４００は、クライアントの要求に応じて適切なデータを送信できる。
また、本実施の形態に係る三次元データ復号装置５００は、上記三次元データ符号化装置４００により生成された符号化三次元データ４１３又は４１４を復号する。
つまり、三次元データ復号装置５００は、入力三次元データ４１１から抽出された特徴量が閾値以上の抽出三次元データ４１２が符号化されることで得られた符号化三次元データ４１４を第１復号方法により復号する。また、三次元データ復号装置５００は、入力三次元データ４１１が符号化されることで得られた符号化三次元データ４１３を、第１復号方法とは異なる第２復号方法により復号する。
これによれば、三次元データ復号装置５００は、特徴量が閾値以上のデータを符号化した符号化三次元データ４１４と、符号化三次元データ４１３とを、例えば、使用用途等に応じて選択的に受信できる。これにより、三次元データ復号装置５００は、伝送するデータ量を削減できる。さらに、三次元データ復号装置５００は、入力三次元データ４１１と抽出三次元データ４１２とにそれぞれ適した復号方法を用いることができる。
また、第１復号方法では、第２復号方法よりもイントラ予測及びインター予測のうちインター予測が優先される。
これによれば、三次元データ復号装置５００は、隣接するデータ間の相関が低くなりやすい抽出三次元データに対して、インター予測の優先度を上げることができる。
また、第１復号方法と第２復号方法とでは、三次元位置の表現手法が異なる。例えば、例えば、第２復号方法では、８分木により三次元位置が表現され、第１復号方法では、三次元座標により三次元位置を表現される。
これによれば、三次元データ復号装置５００は、データ数（ＶＸＬ又はＦＶＸＬの数）が異なる三次元データに対して、より適した三次元位置の表現手法を用いることができる。
また、符号化三次元データ４１３及び４１４の少なくとも一方は、当該符号化三次元データが入力三次元データ４１１を符号化することで得られた符号化三次元データであるか、入力三次元データ４１１のうちの一部を符号化することで得られた符号化三次元データであるかを示す識別子を含む。三次元データ復号装置５００は、当該識別子を参照して、符号化三次元データ４１３及び４１４を識別する。
これによれば、三次元データ復号装置５００は、取得した符号化三次元データが符号化三次元データ４１３であるか符号化三次元データ４１４であるかを容易に判定できる。
また、三次元データ復号装置５００は、さらに、クライアント（三次元データ復号装置５００）の状態をサーバに通知する。三次元データ復号装置５００は、クライアントの状態に応じて、サーバから送信された符号化三次元データ４１３及び４１４の一方を受信する。
これによれば、三次元データ復号装置５００は、クライアントの状態に応じて適切なデータを受信できる。
また、クライアントの状態は、クライアントの通信状況（例えばネットワーク帯域）、又はクライアントの移動速度を含む。
また、三次元データ復号装置５００は、さらに、符号化三次元データ４１３及び４１４の一方をサーバに要求し、当該要求に応じて、サーバから送信された符号化三次元データ４１３及び４１４の一方を受信する。
これによれば、三次元データ復号装置５００は、用途に応じた適切なデータを受信できる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、車両間での三次元データを送受信する方法について説明する。例えば、自車両と周辺車両との間での三次元データの送受信が行われる。
図２４は、本実施の形態に係る三次元データ作成装置６２０のブロック図である。この三次元データ作成装置６２０は、例えば、自車両に含まれ、三次元データ作成装置６２０が作成した第１三次元データ６３２に、受信した第２三次元データ６３５を合成することで、より密な第３三次元データ６３６を作成する。
この三次元データ作成装置６２０は、三次元データ作成部６２１と、要求範囲決定部６２２と、探索部６２３と、受信部６２４と、復号部６２５と、合成部６２６とを備える。
まず、三次元データ作成部６２１は、自車両が備えるセンサで検知したセンサ情報６３１を用いて第１三次元データ６３２を作成する。次に、要求範囲決定部６２２は、作成した第１三次元データ６３２の中でデータが不足している三次元空間範囲である要求範囲を決定する。
次に、探索部６２３は、要求範囲の三次元データを所有する周辺車両を探索し、探索により特定した周辺車両に要求範囲を示す要求範囲情報６３３を送信する。次に、受信部６２４は、周辺車両から、要求範囲の符号化ストリームである符号化三次元データ６３４を受信する（Ｓ６２４）。なお、探索部６２３は、特定範囲に存在する全ての車両に対し、無差別にリクエストを出し、応答があった相手から符号化三次元データ６３４を受信してもよい。また、探索部６２３は、車両に限らず、信号機又は標識などの物体にリクエストを出し、当該物体から符号化三次元データ６３４を受信してもよい。
次に、復号部６２５は、受信した符号化三次元データ６３４を復号することで第２三次元データ６３５を取得する。次に、合成部６２６は、第１三次元データ６３２と第２三次元データ６３５とを合成することで、より密な第３三次元データ６３６を作成する。
次に、本実施の形態に係る三次元データ送信装置６４０の構成及び動作を説明する。図２５は、三次元データ送信装置６４０のブロック図である。
三次元データ送信装置６４０は、例えば、上述した周辺車両に含まれ、周辺車両が作成した第５三次元データ６５２を自車両が要求する第６三次元データ６５４に加工し、第６三次元データ６５４を符号化することで符号化三次元データ６３４を生成し、符号化三次元データ６３４を自車両に送信する。
三次元データ送信装置６４０は、三次元データ作成部６４１と、受信部６４２と、抽出部６４３と、符号化部６４４と、送信部６４５とを備える。
まず、三次元データ作成部６４１は、周辺車両が備えるセンサで検知したセンサ情報６５１を用いて第５三次元データ６５２を作成する。次に、受信部６４２は、自車両から送信された要求範囲情報６３３を受信する。
次に、抽出部６４３は、第５三次元データ６５２から、要求範囲情報６３３で示される要求範囲の三次元データを抽出することで、第５三次元データ６５２を第６三次元データ６５４に加工する。次に、符号化部６４４は、第６三次元データ６５４を符号化することで、符号化ストリームである符号化三次元データ６３４を生成する。そして、送信部６４５は、自車両へ符号化三次元データ６３４を送信する。
なお、ここでは、自車両が三次元データ作成装置６２０を備え、周辺車両が三次元データ送信装置６４０を備える例を説明するが、各車両が、三次元データ作成装置６２０と三次元データ送信装置６４０との機能を有してもよい。
（実施の形態４）
本実施の形態では、三次元マップに基づく自己位置推定における異常系の動作について説明する。
車の自動運転、又は、ロボット、或いはドローンなどの飛行体などの移動体を自律的に移動させるなどの用途が今後拡大すると予想される。このような自律的な移動を実現する手段の一例として、移動体が、三次元マップ内における自らの位置を推定（自己位置推定）しながら、マップに従って走行する方法がある。
自己位置推定は、三次元マップと、自車に搭載したレンジファインダー（ＬｉＤＡＲなど）又はステレオカメラなどのセンサにより取得した自車周辺の三次元情報（以降、自車検知三次元データ）とをマッチングして、三次元マップ内の自車位置を推定することで実現できる。
三次元マップは、ＨＥＲＥ社が提唱するＨＤマップなどのように、三次元のポイントクラウドだけでなく、道路及び交差点の形状情報など二次元の地図データ、又は、渋滞及び事故などの実時間で変化する情報を含んでもよい。三次元データ、二次元データ、実時間で変化するメタデータなど複数のレイヤから三次元マップが構成され、装置は、必要なデータのみを取得、又は、参照することも可能である。
ポイントクラウドのデータは、上述したＳＷＬＤであってもよいし、特徴点ではない点群データを含んでもよい。また、ポイントクラウドのデータの送受信は、１つ、または、複数のランダムアクセス単位を基本として行われる。
三次元マップと自車検知三次元データとのマッチング方法として以下の方法を用いることができる。例えば、装置は、互いのポイントクラウドにおける点群の形状を比較し、特徴点間の類似度が高い部位が同一位置であると決定する。また、装置は、三次元マップがＳＷＬＤから構成される場合、ＳＷＬＤを構成する特徴点と、自車検知三次元データから抽出した三次元特徴点とを比較してマッチングを行う。
ここで、高精度に自己位置推定を行うためには、（Ａ）三次元マップと自車検知三次元データが取得できており、かつ、（Ｂ）それらの精度が予め定められた基準を満たすことが必要となる。しかしながら、以下のような異常ケースでは、（Ａ）又は（Ｂ）が満たせない。
（１）三次元マップを通信経由で取得できない。
（２）三次元マップが存在しない、又は、三次元マップを取得したが破損している。
（３）自車のセンサが故障している、又は、悪天候のために、自車検知三次元データの生成精度が十分でない。
これらの異常ケースに対処するための動作を、以下で説明する。以下では、車を例に動作を説明するが、以下の手法は、ロボット又はドローンなど、自律的に移動する動物体全般に対して適用できる。
以下、三次元マップ又は自車検知三次元データにおける異常ケースに対応するための、本実施の形態に係る三次元情報処理装置の構成及び動作を説明する。図２６は、本実施の形態に係る三次元情報処理装置７００の構成例を示すブロック図である。
三次元情報処理装置７００は、例えば、自動車等の動物体に搭載される。図２６に示すように、三次元情報処理装置７００は、三次元マップ取得部７０１と、自車検知データ取得部７０２と、異常ケース判定部７０３と、対処動作決定部７０４と、動作制御部７０５とを備える。
なお、三次元情報処理装置７００は、二次元画像を取得するカメラ、又は、超音波或いはレーザーを用いた一次元データのセンサなど、自車周辺の構造物又は動物体を検知するための図示しない二次元又は一次元のセンサを備えてもよい。また、三次元情報処理装置７００は、三次元マップを４Ｇ或いは５Ｇなどの移動体通信網、又は、車車間通信或いは路車間通信により取得するための通信部（図示せず）を備えてもよい。
三次元マップ取得部７０１は、走行経路近傍の三次元マップ７１１を取得する。例えば、三次元マップ取得部７０１は、移動体通信網、又は、車車間通信或いは路車間通信により三次元マップ７１１を取得する。
次に、自車検知データ取得部７０２は、センサ情報に基づいて自車検知三次元データ７１２を取得する。例えば、自車検知データ取得部７０２は、自車が備えるセンサにより取得されたセンサ情報に基づき、自車検知三次元データ７１２を生成する。
次に、異常ケース判定部７０３は、取得した三次元マップ７１１及び自車検知三次元データ７１２の少なくとも一方に対して予め定められたチェックを実施することで異常ケースを検出する。つまり、異常ケース判定部７０３は、取得した三次元マップ７１１及び自車検知三次元データ７１２の少なくとも一方が異常であるかを判定する。
異常ケースが検出された場合、対処動作決定部７０４は、異常ケースに対する対処動作を決定する。次に、動作制御部７０５は、三次元マップ取得部７０１など、対処動作の実施に必要となる各処理部の動作を制御する。
一方、異常ケースが検出されない場合、三次元情報処理装置７００は、処理を終了する。
また、三次元情報処理装置７００は、三次元マップ７１１と自車検知三次元データ７１２とを用いて、三次元情報処理装置７００を有する車両の自己位置推定を行う。次に、三次元情報処理装置７００は、自己位置推定の結果を用いて、当該車両を自動運転する。
このように、三次元情報処理装置７００は、第１の三次元位置情報を含むマップデータ（三次元マップ７１１）を通信路を介して取得する。例えば、第１の三次元位置情報は、三次元の座標情報を有する部分空間を単位として符号化され、各々が１以上の部分空間の集合体であり、各々を独立に復号可能な複数のランダムアクセス単位を含む。例えば、第１の三次元位置情報は、三次元の特徴量が所定の閾値以上となる特徴点が符号化されたデータ（ＳＷＬＤ）である。
また、三次元情報処理装置７００は、センサで検知した情報から第２の三次元位置情報（自車検知三次元データ７１２）を生成する。次に、三次元情報処理装置７００は、第１の三次元位置情報又は第２の三次元位置情報に対して異常判定処理を実施することで、第１の三次元位置情報又は前記第２の三次元位置情報が異常であるかどうかを判定する。
三次元情報処理装置７００は、第１の三次元位置情報又は第２の三次元位置情報が異常であると判定された場合、当該異常に対する対処動作を決定する。次に、三次元情報処理装置７００は、対処動作の実施に必要となる制御を実施する。
これにより、三次元情報処理装置７００は、第１の三次元位置情報又は第２の三次元位置情報の異常を検知し、対処動作を行うことができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、後続車両への三次元データ送信方法等について説明する。
図２７は、本実施の形態に係る三次元データ作成装置８１０の構成例を示すブロック図である。この三次元データ作成装置８１０は、例えば、車両に搭載される。三次元データ作成装置８１０は、外部の交通監視クラウド、前走車両又は後続車両と三次元データの送受信を行うとともに、三次元データを作成及び蓄積する。
三次元データ作成装置８１０は、データ受信部８１１と、通信部８１２と、受信制御部８１３と、フォーマット変換部８１４と、複数のセンサ８１５と、三次元データ作成部８１６と、三次元データ合成部８１７と、三次元データ蓄積部８１８と、通信部８１９と、送信制御部８２０と、フォーマット変換部８２１と、データ送信部８２２とを備える。
データ受信部８１１は、交通監視クラウド又は前走車両から三次元データ８３１を受信する。三次元データ８３１は、例えば、自車両のセンサ８１５で検知不能な領域を含む、ポイントクラウド、可視光映像、奥行き情報、センサ位置情報、又は速度情報などの情報を含む。
通信部８１２は、交通監視クラウド又は前走車両と通信し、データ送信要求などを交通監視クラウド又は前走車両に送信する。
受信制御部８１３は、通信部８１２を介して、対応フォーマット等の情報を通信先と交換し、通信先との通信を確立する。
フォーマット変換部８１４は、データ受信部８１１が受信した三次元データ８３１にフォーマット変換等を行うことで三次元データ８３２を生成する。また、フォーマット変換部８１４は、三次元データ８３１が圧縮又は符号化されている場合には、伸張又は復号処理を行う。
複数のセンサ８１５は、ＬｉＤＡＲ、可視光カメラ又は赤外線カメラなどの、車両の外部の情報を取得するセンサ群であり、センサ情報８３３を生成する。例えば、センサ情報８３３は、センサ８１５がＬｉＤＡＲなどのレーザセンサである場合、ポイントクラウド（点群データ）等の三次元データである。なお、センサ８１５は複数でなくてもよい。
三次元データ作成部８１６は、センサ情報８３３から三次元データ８３４を生成する。三次元データ８３４は、例えば、ポイントクラウド、可視光映像、奥行き情報、センサ位置情報、又は速度情報などの情報を含む。
三次元データ合成部８１７は、自車両のセンサ情報８３３に基づいて作成された三次元データ８３４に、交通監視クラウド又は前走車両等が作成した三次元データ８３２を合成することで、自車両のセンサ８１５では検知できない前走車両の前方の空間も含む三次元データ８３５を構築する。
三次元データ蓄積部８１８は、生成された三次元データ８３５等を蓄積する。
通信部８１９は、交通監視クラウド又は後続車両と通信し、データ送信要求などを交通監視クラウド又は後続車両に送信する。
送信制御部８２０は、通信部８１９を介して、対応フォーマット等の情報を通信先と交換し、通信先と通信を確立する。また、送信制御部８２０は、三次元データ合成部８１７で生成された三次元データ８３２の三次元データ構築情報と、通信先からのデータ送信要求とに基づき、送信対象の三次元データの空間である送信領域を決定する。
具体的には、送信制御部８２０は、交通監視クラウド又は後続車両からのデータ送信要求に応じて、後続車両のセンサでは検知できない自車両の前方の空間を含む送信領域を決定する。また、送信制御部８２０は、三次元データ構築情報に基づいて送信可能な空間又は送信済み空間の更新有無等を判断することで送信領域を決定する。例えば、送信制御部８２０は、データ送信要求で指定された領域であり、かつ、対応する三次元データ８３５が存在する領域を送信領域に決定する。そして、送信制御部８２０は、通信先が対応するフォーマット、及び送信領域をフォーマット変換部８２１に通知する。
フォーマット変換部８２１は、三次元データ蓄積部８１８に蓄積されている三次元データ８３５のうち、送信領域の三次元データ８３６を、受信側が対応しているフォーマットへ変換することで三次元データ８３７を生成する。なお、フォーマット変換部８２１は、三次元データ８３７を圧縮又は符号化することでデータ量を削減してもよい。
データ送信部８２２は、三次元データ８３７を交通監視クラウド又は後続車両に送信する。この三次元データ８３７は、例えば、後続車両の死角になる領域を含む、自車両の前方のポイントクラウド、可視光映像、奥行き情報、又はセンサ位置情報などの情報を含む。
なお、ここでは、フォーマット変換部８１４及び８２１にてフォーマット変換等が行われる例を述べたが、フォーマット変換は行われなくてもよい。
このような構成により、三次元データ作成装置８１０は、自車両のセンサ８１５では検知できない領域の三次元データ８３１を外部から取得し、三次元データ８３１と自車両のセンサ８１５で検知したセンサ情報８３３に基づく三次元データ８３４とを合成することで三次元データ８３５を生成する。これにより、三次元データ作成装置８１０は、自車両のセンサ８１５で検知できない範囲の三次元データを生成できる。
また、三次元データ作成装置８１０は、交通監視クラウド又は後続車両からのデータ送信要求に応じて、後続車両のセンサでは検知できない自車両の前方の空間を含む三次元データを、交通監視クラウド又は後続車両等へ送信できる。
（実施の形態６）
実施の形態５において、車両等のクライアント装置が、他の車両又は交通監視クラウド等のサーバに三次元データを送信する例を説明した。本実施の形態では、クライアント装置は、サーバ又は他のクライアント装置にセンサで得られたセンサ情報を送信する。
まず、本実施の形態に係るシステムの構成を説明する。図２８は、本実施の形態に係る三次元マップ及びセンサ情報の送受信システムの構成を示す図である。このシステムは、サーバ９０１と、クライアント装置９０２Ａ及び９０２Ｂを含む。なお、クライアント装置９０２Ａ及び９０２Ｂを特に区別しない場合には、クライアント装置９０２とも記す。
クライアント装置９０２は、例えば、車両等の移動体に搭載される車載機器である。サーバ９０１は、例えば、交通監視クラウド等であり、複数のクライアント装置９０２と通信可能である。
サーバ９０１は、クライアント装置９０２に、ポイントクラウドから構成される三次元マップを送信する。なお、三次元マップの構成はポイントクラウドに限定されず、メッシュ構造等、他の三次元データを表すものであってもよい。
クライアント装置９０２は、サーバ９０１に、クライアント装置９０２が取得したセンサ情報を送信する。センサ情報は、例えば、ＬｉＤＡＲ取得情報、可視光画像、赤外画像、デプス画像、センサ位置情報及び速度情報のうち少なくとも一つを含む。
サーバ９０１とクライアント装置９０２との間で送受信されるデータは、データ削減のために圧縮されてもよいし、データの精度を維持するために非圧縮のままでも構わない。データを圧縮する場合、ポイントクラウドには例えば８分木構造に基づく三次元圧縮方式を用いることができる。また、可視光画像、赤外画像、及びデプス画像には二次元の画像圧縮方式を用いることできる。二次元の画像圧縮方式とは、例えば、ＭＰＥＧで規格化されたＭＰＥＧ－４ ＡＶＣ又はＨＥＶＣ等である。
また、サーバ９０１は、クライアント装置９０２からの三次元マップの送信要求に応じてサーバ９０１で管理する三次元マップをクライアント装置９０２に送信する。なお、サーバ９０１はクライアント装置９０２からの三次元マップの送信要求を待たずに三次元マップを送信してもよい。例えば、サーバ９０１は、予め定められた空間にいる１つ以上のクライアント装置９０２に三次元マップをブロードキャストしても構わない。また、サーバ９０１は、一度送信要求を受けたクライアント装置９０２に、一定時間毎にクライアント装置９０２の位置に適した三次元マップを送信してもよい。また、サーバ９０１は、サーバ９０１が管理する三次元マップが更新される度にクライアント装置９０２に三次元マップを送信してもよい。
クライアント装置９０２は、サーバ９０１に三次元マップの送信要求を出す。例えば、クライアント装置９０２が、走行時に自己位置推定を行いたい場合に、クライアント装置９０２は、三次元マップの送信要求をサーバ９０１に送信する。
なお、次のような場合に、クライアント装置９０２はサーバ９０１に三次元マップの送信要求を出してもよい。クライアント装置９０２の保持する三次元マップが古い場合に、クライアント装置９０２はサーバ９０１に三次元マップの送信要求を出してもよい。例えば、クライアント装置９０２が三次元マップを取得してから一定期間が経過した場合に、クライアント装置９０２はサーバ９０１に三次元マップの送信要求を出してもよい。
クライアント装置９０２が保持する三次元マップで示される空間から、クライアント装置９０２が外に出る一定時刻前に、クライアント装置９０２はサーバ９０１に三次元マップの送信要求を出してもよい。例えば、クライアント装置９０２が、クライアント装置９０２が保持する三次元マップで示される空間の境界から予め定められた距離以内に存在する場合に、クライアント装置９０２はサーバ９０１に三次元マップの送信要求を出してもよい。また、クライアント装置９０２の移動経路及び移動速度が把握できている場合には、これらに基づき、クライアント装置９０２が保持する三次元マップで示される空間から、クライアント装置９０２が外に出る時刻を予測してもよい。
クライアント装置９０２がセンサ情報から作成した三次元データと三次元マップとの位置合せ時の誤差が一定以上の場合に、クライアント装置９０２はサーバ９０１に三次元マップの送信要求を出してもよい。
クライアント装置９０２は、サーバ９０１から送信されたセンサ情報の送信要求に応じて、サーバ９０１にセンサ情報を送信する。なお、クライアント装置９０２はサーバ９０１からのセンサ情報の送信要求を待たずにセンサ情報をサーバ９０１に送ってもよい。例えば、クライアント装置９０２は、一度サーバ９０１からセンサ情報の送信要求を得た場合、一定期間の間、定期的にセンサ情報をサーバ９０１に送信してもよい。また、クライアント装置９０２は、クライアント装置９０２がセンサ情報を元に作成した三次元データと、サーバ９０１から得た三次元マップとの位置合せ時の誤差が一定以上の場合、クライアント装置９０２の周辺の三次元マップに変化が生じた可能性があると判断し、その旨とセンサ情報とをサーバ９０１に送信してもよい。
サーバ９０１は、クライアント装置９０２にセンサ情報の送信要求を出す。例えば、サーバ９０１は、クライアント装置９０２から、ＧＰＳ等のクライアント装置９０２の位置情報を受信する。サーバ９０１は、クライアント装置９０２の位置情報に基づき、サーバ９０１が管理する三次元マップにおいて情報が少ない空間にクライアント装置９０２が近づいていると判断した場合、新たな三次元マップを生成するためにクライアント装置９０２にセンサ情報の送信要求を出す。また、サーバ９０１は、三次元マップを更新したい場合、積雪時或いは災害時などの道路状況を確認したい場合、渋滞状況、或いは事件事故状況等を確認したい場合に、センサ情報の送信要求を出してもよい。
また、クライアント装置９０２は、サーバ９０１から受け取るセンサ情報の送信要求の受信時における通信状態又は帯域に応じて、サーバ９０１に送信するセンサ情報のデータ量を設定してもよい。サーバ９０１に送信するセンサ情報のデータ量を設定するというのは、例えば、当該データそのものを増減させること、又は圧縮方式を適宜選択することである。
図２９は、クライアント装置９０２の構成例を示すブロック図である。クライアント装置９０２は、サーバ９０１からポイントクラウド等で構成される三次元マップを受信し、クライアント装置９０２のセンサ情報に基づいて作成した三次元データからクライアント装置９０２の自己位置を推定する。また、クライアント装置９０２は、取得したセンサ情報をサーバ９０１に送信する。
クライアント装置９０２は、データ受信部１０１１と、通信部１０１２と、受信制御部１０１３と、フォーマット変換部１０１４と、複数のセンサ１０１５と、三次元データ作成部１０１６と、三次元画像処理部１０１７と、三次元データ蓄積部１０１８と、フォーマット変換部１０１９と、通信部１０２０と、送信制御部１０２１と、データ送信部１０２２とを備える。
データ受信部１０１１は、サーバ９０１から三次元マップ１０３１を受信する。三次元マップ１０３１は、ＷＬＤ又はＳＷＬＤ等のポイントクラウドを含むデータである。三次元マップ１０３１には、圧縮データ、及び非圧縮データのどちらが含まれていてもよい。
通信部１０１２は、サーバ９０１と通信し、データ送信要求（例えば、三次元マップの送信要求）などをサーバ９０１に送信する。
受信制御部１０１３は、通信部１０１２を介して、対応フォーマット等の情報を通信先と交換し、通信先との通信を確立する。
フォーマット変換部１０１４は、データ受信部１０１１が受信した三次元マップ１０３１にフォーマット変換等を行うことで三次元マップ１０３２を生成する。また、フォーマット変換部１０１４は、三次元マップ１０３１が圧縮又は符号化されている場合には、伸張又は復号処理を行う。なお、フォーマット変換部１０１４は、三次元マップ１０３１が非圧縮データであれば、伸張又は復号処理を行わない。
複数のセンサ１０１５は、ＬｉＤＡＲ、可視光カメラ、赤外線カメラ、又はデプスセンサなど、クライアント装置９０２が搭載されている車両の外部の情報を取得するセンサ群であり、センサ情報１０３３を生成する。例えば、センサ情報１０３３は、センサ１０１５がＬｉＤＡＲなどのレーザセンサである場合、ポイントクラウド（点群データ）等の三次元データである。なお、センサ１０１５は複数でなくてもよい。
三次元データ作成部１０１６は、センサ情報１０３３に基づいて自車両の周辺の三次元データ１０３４を作成する。例えば、三次元データ作成部１０１６は、ＬｉＤＡＲで取得した情報と、可視光カメラで得られた可視光映像とを用いて自車両の周辺の色情報付きのポイントクラウドデータを作成する。
三次元画像処理部１０１７は、受信したポイントクラウド等の三次元マップ１０３２と、センサ情報１０３３から生成した自車両の周辺の三次元データ１０３４とを用いて、自車両の自己位置推定処理等を行う。なお、三次元画像処理部１０１７は、三次元マップ１０３２と三次元データ１０３４とを合成することで自車両の周辺の三次元データ１０３５を作成し、作成した三次元データ１０３５を用いて自己位置推定処理を行ってもよい。
三次元データ蓄積部１０１８は、三次元マップ１０３２、三次元データ１０３４及び三次元データ１０３５等を蓄積する。
フォーマット変換部１０１９は、センサ情報１０３３を、受信側が対応しているフォーマットへ変換することでセンサ情報１０３７を生成する。なお、フォーマット変換部１０１９は、センサ情報１０３７を圧縮又は符号化することでデータ量を削減してもよい。また、フォーマット変換部１０１９は、フォーマット変換をする必要がない場合は処理を省略してもよい。また、フォーマット変換部１０１９は、送信範囲の指定に応じて送信するデータ量を制御してもよい。
通信部１０２０は、サーバ９０１と通信し、データ送信要求（センサ情報の送信要求）などをサーバ９０１から受信する。
送信制御部１０２１は、通信部１０２０を介して、対応フォーマット等の情報を通信先と交換し、通信を確立する。
データ送信部１０２２は、センサ情報１０３７をサーバ９０１に送信する。センサ情報１０３７は、例えば、ＬｉＤＡＲで取得した情報、可視光カメラで取得した輝度画像、赤外線カメラで取得した赤外画像、デプスセンサで取得したデプス画像、センサ位置情報、及び速度情報など、複数のセンサ１０１５によって取得した情報を含む。
次に、サーバ９０１の構成を説明する。図３０は、サーバ９０１の構成例を示すブロック図である。サーバ９０１は、クライアント装置９０２から送信されたセンサ情報を受信し、受信したセンサ情報に基づいて三次元データを作成する。サーバ９０１は、作成した三次元データを用いて、サーバ９０１が管理する三次元マップを更新する。また、サーバ９０１は、クライアント装置９０２からの三次元マップの送信要求に応じて、更新した三次元マップをクライアント装置９０２に送信する。
サーバ９０１は、データ受信部１１１１と、通信部１１１２と、受信制御部１１１３と、フォーマット変換部１１１４と、三次元データ作成部１１１６と、三次元データ合成部１１１７と、三次元データ蓄積部１１１８と、フォーマット変換部１１１９と、通信部１１２０と、送信制御部１１２１と、データ送信部１１２２とを備える。
データ受信部１１１１は、クライアント装置９０２からセンサ情報１０３７を受信する。センサ情報１０３７は、例えば、ＬｉＤＡＲで取得した情報、可視光カメラで取得した輝度画像、赤外線カメラで取得した赤外画像、デプスセンサで取得したデプス画像、センサ位置情報、及び速度情報などを含む。
通信部１１１２は、クライアント装置９０２と通信し、データ送信要求（例えば、センサ情報の送信要求）などをクライアント装置９０２に送信する。
受信制御部１１１３は、通信部１１１２を介して、対応フォーマット等の情報を通信先と交換し、通信を確立する。
フォーマット変換部１１１４は、受信したセンサ情報１０３７が圧縮又は符号化されている場合には、伸張又は復号処理を行うことでセンサ情報１１３２を生成する。なお、フォーマット変換部１１１４は、センサ情報１０３７が非圧縮データであれば、伸張又は復号処理を行わない。
三次元データ作成部１１１６は、センサ情報１１３２に基づいてクライアント装置９０２の周辺の三次元データ１１３４を作成する。例えば、三次元データ作成部１１１６は、ＬｉＤＡＲで取得した情報と、可視光カメラで得られた可視光映像とを用いてクライアント装置９０２の周辺の色情報付ポイントクラウドデータを作成する。
三次元データ合成部１１１７は、センサ情報１１３２を元に作成した三次元データ１１３４を、サーバ９０１が管理する三次元マップ１１３５に合成することで三次元マップ１１３５を更新する。
三次元データ蓄積部１１１８は、三次元マップ１１３５等を蓄積する。
フォーマット変換部１１１９は、三次元マップ１１３５を、受信側が対応しているフォーマットへ変換することで三次元マップ１０３１を生成する。なお、フォーマット変換部１１１９は、三次元マップ１１３５を圧縮又は符号化することでデータ量を削減してもよい。また、フォーマット変換部１１１９は、フォーマット変換をする必要がない場合は処理を省略してもよい。また、フォーマット変換部１１１９は、送信範囲の指定に応じて送信するデータ量を制御してもよい。
通信部１１２０は、クライアント装置９０２と通信し、データ送信要求（三次元マップの送信要求）などをクライアント装置９０２から受信する。
送信制御部１１２１は、通信部１１２０を介して、対応フォーマット等の情報を通信先と交換し、通信を確立する。
データ送信部１１２２は、三次元マップ１０３１をクライアント装置９０２に送信する。三次元マップ１０３１は、ＷＬＤ又はＳＷＬＤ等のポイントクラウドを含むデータである。三次元マップ１０３１には、圧縮データ、及び非圧縮データのどちらが含まれていてもよい。
次に、クライアント装置９０２の動作フローについて説明する。図３１は、クライアント装置９０２による三次元マップ取得時の動作を示すフローチャートである。
まず、クライアント装置９０２は、サーバ９０１へ三次元マップ（ポイントクラウド等）の送信を要求する（Ｓ１００１）。このとき、クライアント装置９０２は、ＧＰＳ等で得られたクライアント装置９０２の位置情報を合わせて送信することで、その位置情報に関連する三次元マップの送信をサーバ９０１に要求してもよい。
次に、クライアント装置９０２は、サーバ９０１から三次元マップを受信する（Ｓ１００２）。受信した三次元マップが圧縮データであれば、クライアント装置９０２は、受信した三次元マップを復号して非圧縮の三次元マップを生成する（Ｓ１００３）。
次に、クライアント装置９０２は、複数のセンサ１０１５で得られたセンサ情報１０３３からクライアント装置９０２の周辺の三次元データ１０３４を作成する（Ｓ１００４）。次に、クライアント装置９０２は、サーバ９０１から受信した三次元マップ１０３２と、センサ情報１０３３から作成した三次元データ１０３４とを用いてクライアント装置９０２の自己位置を推定する（Ｓ１００５）。
図３２は、クライアント装置９０２によるセンサ情報の送信時の動作を示すフローチャートである。まず、クライアント装置９０２は、サーバ９０１からセンサ情報の送信要求を受信する（Ｓ１０１１）。送信要求を受信したクライアント装置９０２は、センサ情報１０３７をサーバ９０１に送信する（Ｓ１０１２）。なお、クライアント装置９０２は、センサ情報１０３３が複数のセンサ１０１５で得られた複数の情報を含む場合、各情報を、各情報に適した圧縮方式で圧縮することでセンサ情報１０３７を生成してもよい。
次に、サーバ９０１の動作フローについて説明する。図３３は、サーバ９０１によるセンサ情報の取得時の動作を示すフローチャートである。まず、サーバ９０１は、クライアント装置９０２へセンサ情報の送信を要求する（Ｓ１０２１）。次に、サーバ９０１は、当該要求に応じてクライアント装置９０２から送信されたセンサ情報１０３７を受信する（Ｓ１０２２）。次に、サーバ９０１は、受信したセンサ情報１０３７を用いて三次元データ１１３４を作成する（Ｓ１０２３）。次に、サーバ９０１は、作成した三次元データ１１３４を三次元マップ１１３５に反映する（Ｓ１０２４）。
図３４は、サーバ９０１による三次元マップの送信時の動作を示すフローチャートである。まず、サーバ９０１は、クライアント装置９０２から三次元マップの送信要求を受信する（Ｓ１０３１）。三次元マップの送信要求を受信したサーバ９０１は、クライアント装置９０２へ三次元マップ１０３１を送信する（Ｓ１０３２）。このとき、サーバ９０１は、クライアント装置９０２の位置情報に合わせてその付近の三次元マップを抽出し、抽出した三次元マップを送信してもよい。また、サーバ９０１は、ポイントクラウドで構成される三次元マップを、例えば８分木構造による圧縮方式等を用いて圧縮し、圧縮後の三次元マップを送信してもよい。
以下、本実施の形態の変形例について説明する。
サーバ９０１は、クライアント装置９０２から受信したセンサ情報１０３７を用いてクライアント装置９０２の位置付近の三次元データ１１３４を作成する。次に、サーバ９０１は、作成した三次元データ１１３４と、サーバ９０１が管理する同エリアの三次元マップ１１３５とのマッチングを行うことによって、三次元データ１１３４と三次元マップ１１３５との差分を算出する。サーバ９０１は、差分が予め定められた閾値以上の場合は、クライアント装置９０２の周辺で何らかの異常が発生したと判断する。例えば、地震等の自然災害によって地盤沈下等が発生した際などに、サーバ９０１が管理する三次元マップ１１３５と、センサ情報１０３７を基に作成した三次元データ１１３４との間に大きな差が発生することが考えられる。
センサ情報１０３７は、センサの種類、センサの性能、及びセンサの型番のうち少なくとも一つを示す情報を含んでもよい。また、センサ情報１０３７に、センサの性能に応じたクラスＩＤ等が付加されてもよい。例えば、センサ情報１０３７がＬｉＤＡＲで取得された情報である場合、数ｍｍ単位の精度で情報を取得できるセンサをクラス１、数ｃｍ単位の精度で情報を取得できるセンサをクラス２、数ｍ単位の精度で情報を取得できるセンサをクラス３のように、センサの性能に識別子を割り当てることが考えられる。また、サーバ９０１は、センサの性能情報等を、クライアント装置９０２の型番から推定してもよい。例えば、クライアント装置９０２が車両に搭載されている場合、サーバ９０１は、当該車両の車種からセンサのスペック情報を判断してもよい。この場合、サーバ９０１は、車両の車種の情報を事前に取得していてもよいし、センサ情報に、当該情報が含まれてもよい。また、サーバ９０１は取得したセンサ情報１０３７を用いて、センサ情報１０３７を用いて作成した三次元データ１１３４に対する補正の度合いを切り替えてもよい。例えば、センサ性能が高精度（クラス１）である場合、サーバ９０１は、三次元データ１１３４に対する補正を行わない。センサ性能が低精度（クラス３）である場合、サーバ９０１は、三次元データ１１３４に、センサの精度に応じた補正を適用する。例えば、サーバ９０１は、センサの精度が低いほど補正の度合い（強度）を強くする。
サーバ９０１は、ある空間にいる複数のクライアント装置９０２に同時にセンサ情報の送信要求を出してもよい。サーバ９０１は、複数のクライアント装置９０２から複数のセンサ情報を受信した場合に、全てのセンサ情報を三次元データ１１３４の作成に利用する必要はなく、例えば、センサの性能に応じて、利用するセンサ情報を選択してもよい。例えば、サーバ９０１は、三次元マップ１１３５を更新する場合、受信した複数のセンサ情報の中から高精度なセンサ情報（クラス１）を選別し、選別したセンサ情報を用いて三次元データ１１３４を作成してもよい。
サーバ９０１は、交通監視クラウド等のサーバのみに限定されず、他のクライアント装置（車載）であってもよい。図３５は、この場合のシステム構成を示す図である。
例えば、クライアント装置９０２Ｃが近くにいるクライアント装置９０２Ａにセンサ情報の送信要求を出し、クライアント装置９０２Ａからセンサ情報を取得する。そして、クライアント装置９０２Ｃは、取得したクライアント装置９０２Ａのセンサ情報を用いて三次元データを作成し、クライアント装置９０２Ｃの三次元マップを更新する。これにより、クライアント装置９０２Ｃは、クライアント装置９０２Ａから取得可能な空間の三次元マップを、クライアント装置９０２Ｃの性能を活かして生成できる。例えば、クライアント装置９０２Ｃの性能が高い場合に、このようなケースが発生すると考えられる。
また、この場合、センサ情報を提供したクライアント装置９０２Ａは、クライアント装置９０２Ｃが生成した高精度な三次元マップを取得する権利が与えられる。クライアント装置９０２Ａは、その権利に従ってクライアント装置９０２Ｃから高精度な三次元マップを受信する。
また、クライアント装置９０２Ｃは近くにいる複数のクライアント装置９０２（クライアント装置９０２Ａ及びクライアント装置９０２Ｂ）にセンサ情報の送信要求を出してもよい。クライアント装置９０２Ａ又はクライアント装置９０２Ｂのセンサが高性能である場合には、クライアント装置９０２Ｃは、この高性能なセンサで得られたセンサ情報を用いて三次元データを作成できる。
図３６は、サーバ９０１及びクライアント装置９０２の機能構成を示すブロック図である。サーバ９０１は、例えば、三次元マップを圧縮及び復号する三次元マップ圧縮／復号処理部１２０１と、センサ情報を圧縮及び復号するセンサ情報圧縮／復号処理部１２０２とを備える。
クライアント装置９０２は、三次元マップ復号処理部１２１１と、センサ情報圧縮処理部１２１２とを備える。三次元マップ復号処理部１２１１は、圧縮された三次元マップの符号化データを受信し、符号化データを復号して三次元マップを取得する。センサ情報圧縮処理部１２１２は、取得したセンサ情報から作成した三次元データの代わりに、センサ情報そのものを圧縮し、圧縮したセンサ情報の符号化データをサーバ９０１へ送信する。この構成により、クライアント装置９０２は、三次元マップ（ポイントクラウド等）を復号する処理を行う処理部（装置又はＬＳＩ）を内部に保持すればよく、三次元マップ（ポイントクラウド等）の三次元データを圧縮する処理を行う処理部を内部に保持する必要がない。これにより、クライアント装置９０２のコスト及び消費電力等を抑えることができる。
以上のように、本実施の形態に係るクライアント装置９０２は、移動体に搭載され、移動体に搭載されたセンサ１０１５により得られた、移動体の周辺状況を示すセンサ情報１０３３から、移動体の周辺の三次元データ１０３４を作成する。クライアント装置９０２は、作成された三次元データ１０３４を用いて移動体の自己位置を推定する。クライアント装置９０２は、取得したセンサ情報１０３３をサーバ９０１又は他の移動体９０２に送信する。
これによれば、クライアント装置９０２は、センサ情報１０３３をサーバ９０１等に送信する。これにより、三次元データを送信する場合に比べて、送信データのデータ量を削減できる可能性がある。また、三次元データの圧縮又は符号化等の処理をクライアント装置９０２で行う必要がないので、クライアント装置９０２の処理量を削減できる。よって、クライアント装置９０２は、伝送されるデータ量の削減、又は、装置の構成の簡略化を実現できる。
また、クライアント装置９０２は、さらに、サーバ９０１に三次元マップの送信要求を送信し、サーバ９０１から三次元マップ１０３１を受信する。クライアント装置９０２は、自己位置の推定では、三次元データ１０３４と三次元マップ１０３２とを用いて、自己位置を推定する。
また、センサ情報１０３３は、レーザセンサで得られた情報、輝度画像、赤外画像、デプス画像、センサの位置情報、及びセンサの速度情報のうち少なくとも一つを含む。
また、センサ情報１０３３は、センサの性能を示す情報を含む。
また、クライアント装置９０２は、センサ情報１０３３を符号化又は圧縮し、センサ情報の送信では、符号化又は圧縮後のセンサ情報１０３７を、サーバ９０１又は他の移動体９０２に送信する。これによれば、クライアント装置９０２は、伝送されるデータ量を削減できる。
例えば、クライアント装置９０２は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
また、本実施の形態に係るサーバ９０１は、移動体に搭載されるクライアント装置９０２と通信可能であり、移動体に搭載されたセンサ１０１５により得られた、移動体の周辺状況を示すセンサ情報１０３７をクライアント装置９０２から受信する。サーバ９０１は、受信したセンサ情報１０３７から、移動体の周辺の三次元データ１１３４を作成する。
これによれば、サーバ９０１は、クライアント装置９０２から送信されたセンサ情報１０３７を用いて三次元データ１１３４を作成する。これにより、クライアント装置９０２が三次元データを送信する場合に比べて、送信データのデータ量を削減できる可能性がある。また、三次元データの圧縮又は符号化等の処理をクライアント装置９０２で行う必要がないので、クライアント装置９０２の処理量を削減できる。よって、サーバ９０１は、伝送されるデータ量の削減、又は、装置の構成の簡略化を実現できる。
また、サーバ９０１は、さらに、クライアント装置９０２にセンサ情報の送信要求を送信する。
また、サーバ９０１は、さらに、作成された三次元データ１１３４を用いて三次元マップ１１３５を更新し、クライアント装置９０２からの三次元マップ１１３５の送信要求に応じて三次元マップ１１３５をクライアント装置９０２に送信する。
また、センサ情報１０３７は、レーザセンサで得られた情報、輝度画像、赤外画像、デプス画像、センサの位置情報、及びセンサの速度情報のうち少なくとも一つを含む。
また、センサ情報１０３７は、センサの性能を示す情報を含む。
また、サーバ９０１は、さらに、センサの性能に応じて、三次元データを補正する。これによれば、当該三次元データ作成方法は、三次元データの品質を向上できる。
また、サーバ９０１は、センサ情報の受信では、複数のクライアント装置９０２から複数のセンサ情報１０３７を受信し、複数のセンサ情報１０３７に含まれるセンサの性能を示す複数の情報に基づき、三次元データ１１３４の作成に用いるセンサ情報１０３７を選択する。これによれば、サーバ９０１は、三次元データ１１３４の品質を向上できる。
また、サーバ９０１は、受信したセンサ情報１０３７を復号又は伸張し、復号又は伸張後のセンサ情報１１３２から、三次元データ１１３４を作成する。これによれば、サーバ９０１は、伝送されるデータ量を削減できる。
例えば、サーバ９０１は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
（実施の形態７）
本実施の形態では、インター予測処理を用いた三次元データの符号化方法及び復号方法について説明する。
図３７は、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置１３００のブロック図である。この三次元データ符号装置１３００は、三次元データを符号化することで符号化信号である符号化ビットストリーム（以下、単にビットストリームとも記す）を生成する。図３７に示すように、三次元データ符号化装置１３００は、分割部１３０１と、減算部１３０２と、変換部１３０３と、量子化部１３０４と、逆量子化部１３０５と、逆変換部１３０６と、加算部１３０７と、参照ボリュームメモリ１３０８と、イントラ予測部１３０９と、参照スペースメモリ１３１０と、インター予測部１３１１と、予測制御部１３１２と、エントロピー符号化部１３１３とを備える。
分割部１３０１は、三次元データに含まれる各スペース（ＳＰＣ）を符号化単位である複数のボリューム（ＶＬＭ）に分割する。また、分割部１３０１は、各ボリューム内のボクセルを８分木表現化（Ｏｃｔｒｅｅ化）する。なお、分割部１３０１は、スペースとボリュームを同一サイズとし、スペースを８分木表現化してもよい。また、分割部１３０１は、８分木化に必要な情報（深度情報など）をビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
減算部１３０２は、分割部１３０１から出力されたボリューム（符号化対象ボリューム）と、後述するイントラ予測又はインター予測によって生成される予測ボリュームとの差分を算出し、算出された差分を予測残差として変換部１３０３に出力する。図３８は、予測残差の算出例を示す図である。なお、ここで示す符号化対象ボリューム及び予測ボリュームのビット列は、例えば、ボリュームに含まれる三次元点（例えばポイントクラウド）の位置を示す位置情報である。
以下、８分木表現とボクセルのスキャン順について説明する。ボリュームは８分木構造に変換（８分木化）された後、符号化される。８分木構造はノードとリーフとで構成される。各ノードは８つのノード又はリーフを持ち、各リーフはボクセル（ＶＸＬ）情報を持つ。図３９は、複数のボクセルを含むボリュームの構造例を示す図である。図４０は、図３９に示すボリュームを８分木構造に変換した例を示す図である。ここで、図４０に示すリーフのうち、リーフ１、２、３はそれぞれ図３９に示すボクセルＶＸＬ１、ＶＸＬ２、ＶＸＬ３を表し、点群を含むＶＸＬ（以下、有効ＶＸＬ）を表現している。
８分木は、例えば０、１の二値列で表現される。例えば、ノード又は有効ＶＸＬを値１、それ以外を値０とすると、各ノード及びリーフには図４０に示す二値列が割当てられる。そして、幅優先又は深さ優先のスキャン順に応じて、この二値列がスキャンされる。例えば幅優先でスキャンされた場合、図４１のＡに示す二値列が得られる。深さ優先でスキャンした場合は図４１のＢに示す二値列が得られる。このスキャンにより得られた二値列はエントロピー符号化によって符号化され情報量が削減される。
次に、８分木表現における深度情報について説明する。８分木表現における深度は、ボリューム内に含まれるポイントクラウド情報を、どの粒度まで保持するかをコントロールするために使用される。深度を大きく設定すると、より細かいレベルまでポイントクラウド情報を再現することができるが、ノード及びリーフを表現するためのデータ量が増える。逆に深度を小さく設定すると、データ量が減少するが、複数の異なる位置及び色の異なるポイントクラウド情報が同一位置かつ同一色であるとみなされるため、本来のポイントクラウド情報が持つ情報を失うことになる。
例えば、図４２は、図４０に示す深度＝２の８分木を、深度＝１の８分木で表現した例を示す図である。図４２に示す８分木は図４０に示す８分木よりデータ量が少なくなる。つまり、図４２に示す８分木は図４２に示す８分木より二値列化後のビット数が少ない。ここで、図４０に示すリーフ１とリーフ２が図４１に示すリーフ１で表現されることになる。つまり、図４０に示すリーフ１とリーフ２とが異なる位置であったという情報が失われる。
図４３は、図４２に示す８分木に対応するボリュームを示す図である。図３９に示すＶＸＬ１とＶＸＬ２が図４３に示すＶＸＬ１２に対応する。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、図４３に示すＶＸＬ１２の色情報を、図３９に示すＶＸＬ１とＶＸＬ２との色情報から生成する。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、ＶＸＬ１とＶＸＬ２との色情報の平均値、中間値、又は重み平均値などをＶＸＬ１２の色情報として算出する。このように、三次元データ符号化装置１３００は、８分木の深度を変えることで、データ量の削減を制御してもよい。
三次元データ符号化装置１３００は、８分木の深度情報を、ワールド単位、スペース単位、及びボリューム単位のいずれの単位で設定しても構わない。またその際、三次元データ符号化装置１３００は、ワールドのヘッダ情報、スペースのヘッダ情報、又はボリュームのヘッダ情報に深度情報を付加してもよい。また、時間の異なる全てのワールド、スペース、及びボリュームで深度情報して同一の値を使用してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、全時間のワールドを管理するヘッダ情報に深度情報を付加してもよい。
ボクセルに色情報が含まれる場合には、変換部１３０３は、ボリューム内のボクセルの色情報の予測残差に対し、直交変換等の周波数変換を適用する。例えば、変換部１３０３は、あるスキャン順で予測残差をスキャンすることで一次元配列を作成する。その後、変換部１３０３は、作成した一次元配列に一次元の直交変換を適用することで一次元配列を周波数領域に変換する。これにより、ボリューム内の予測残差の値が近い場合には低域の周波数成分の値が大きくなり、高域の周波数成分の値が小さくなる。よって、量子化部１３０４においてより効率的に符号量を削減することができる。
また、変換部１３０３は、一次元ではなく、二次元以上の直交変換を用いてもよい。例えば、変換部１３０３は、あるスキャン順で予測残差を二次元配列にマッピングし、得られた二次元配列に二次元直交変換を適用する。また、変換部１３０３は、複数の直交変換方式から使用する直交変換方式を選択してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、どの直交変換方式を用いたかを示す情報をビットストリームに付加する。また、変換部１３０３は、次元の異なる複数の直交変換方式から使用する直交変換方式を選択してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、どの次元の直交変換方式を用いたかをビットストリームに付加する。
例えば、変換部１３０３は、予測残差のスキャン順を、ボリューム内の８分木におけるスキャン順（幅優先又は深さ優先など）に合わせる。これにより、予測残差のスキャン順を示す情報をビットストリームに付加する必要がないので、オーバーヘッドを削減できる。また、変換部１３０３は、８分木のスキャン順とは異なるスキャン順を適用してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、予測残差のスキャン順を示す情報をビットストリームに付加する。これにより、三次元データ符号化装置１３００は、予測残差を効率よく符号化することができる。また、三次元データ符号化装置１３００は、８分木のスキャン順を適用するか否かを示す情報（フラグ等）をビットストリームに付加し、８分木のスキャン順を適用しない場合に、予測残差のスキャン順を示す情報をビットストリームに付加してもよい。
変換部１３０３は、色情報の予測残差だけでなく、ボクセルが持つその他の属性情報を変換してもよい。例えば、変換部１３０３は、ポイントクラウドをＬｉＤＡＲ等で取得した際に得られる反射度等の情報を変換し、符号化してもよい。
変換部１３０３は、スペースが色情報等の属性情報を持たない場合は、処理をスキップしてもよい。また、三次元データ符号化装置１３００は、変換部１３０３の処理をスキップするか否かを示す情報（フラグ）をビットストリームに付加してもよい。
量子化部１３０４は、変換部１３０３で生成された予測残差の周波数成分に対し、量子化制御パラメータを用いて量子化を行うことで量子化係数を生成する。これにより情報量が削減される。生成された量子化係数はエントロピー符号化部１３１３に出力される。量子化部１３０４は、量子化制御パラメータを、ワールド単位、スペース単位、又はボリューム単位で制御してもよい。その際には、三次元データ符号化装置１３００は、量子化制御パラメータをそれぞれのヘッダ情報等に付加する。また、量子化部１３０４は、予測残差の周波数成分毎に、重みを変えて量子化制御を行ってもよい。例えば、量子化部１３０４は、低周波数成分は細かく量子化し、高周波成分は粗く量子化してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、各周波数成分の重みを表すパラメータをヘッダに付加してもよい。
量子化部１３０４は、スペースが色情報等の属性情報を持たない場合は、処理をスキップしてもよい。また、三次元データ符号化装置１３００は、量子化部１３０４の処理をスキップするか否かを示す情報（フラグ）をビットストリームに付加してもよい。
逆量子化部１３０５は、量子化制御パラメータを用いて、量子化部１３０４で生成された量子化係数に逆量子化を行うことで予測残差の逆量子化係数を生成し、生成した逆量子化係数を逆変換部１３０６に出力する。
逆変換部１３０６は、逆量子化部１３０５で生成された逆量子化係数に対し逆変換を適用することで逆変換適用後予測残差を生成する。この逆変換適用後予測残差は、量子化後に生成された予測残差であるため、変換部１３０３が出力した予測残差とは完全には一致しなくてもよい。
加算部１３０７は、逆変換部１３０６で生成された逆変換適用後予測残差と、量子化前の予測残差の生成に用いられた、後述するイントラ予測又はインター予測により生成された予測ボリュームとを加算して再構成ボリュームを生成する。この再構成ボリュームは、参照ボリュームメモリ１３０８、又は、参照スペースメモリ１３１０に格納される。
イントラ予測部１３０９は、参照ボリュームメモリ１３０８に格納された隣接ボリュームの属性情報を用いて、符号化対象ボリュームの予測ボリュームを生成する。属性情報とは、ボクセルの色情報又は反射度を含む。イントラ予測部１３０９は、符号化対象ボリュームの色情報又は反射度の予測値を生成する。
図４４は、イントラ予測部１３０９の動作を説明するための図である。例えば、イントラ予測部１３０９は、図４４に示す、符号化対象ボリューム（ボリュームｉｄｘ＝３）の予測ボリュームを、隣接ボリューム（ボリュームｉｄｘ＝０）から生成する。ここで、ボリュームｉｄｘとはスペース内のボリュームに対し付加される識別子情報であり、各ボリュームに異なる値が割当てられる。ボリュームｉｄｘの割当ての順番は符号化順と同じ順番であってもよいし、符号化順とは異なる順番であってもよい。例えば、イントラ予測部１３０９は、図４４に示す符号化対象ボリュームの色情報の予測値として、隣接ボリュームであるボリュームｉｄｘ＝０内に含まれるボクセルの色情報の平均値を用いる。この場合、符号化対象ボリューム内に含まれる各ボクセルの色情報から、色情報の予測値が差し引かれることで予測残差が生成される。この予測残差に対して変換部１３０３以降の処理が行われる。また、この場合、三次元データ符号化装置１３００は、隣接ボリューム情報と、予測モード情報とをビットストリームに付加する。ここで隣接ボリューム情報とは、予測に用いた隣接ボリュームを示す情報であり、例えば、予測に用いた隣接ボリュームのボリュームｉｄｘを示す。また、予測モード情報とは、予測ボリュームの生成に使用したモードを示す。モードとは、例えば、隣接ボリューム内のボクセルの平均値から予測値を生成する平均値モード、又は隣接ボリューム内のボクセルの中間値から予測値を生成する中間値モード等である。
イントラ予測部１３０９は、予測ボリュームを、複数の隣接ボリュームから生成してもよい。例えば、図４４に示す構成において、イントラ予測部１３０９は、ボリュームｉｄｘ＝０のボリュームから予測ボリューム０を生成し、ボリュームｉｄｘ＝１のボリュームから予測ボリューム１を生成する。そして、イントラ予測部１３０９は、予測ボリューム０と予測ボリューム１の平均を最終的な予測ボリュームとして生成する。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、予測ボリュームの生成に使用した複数のボリュームの複数のボリュームｉｄｘをビットストリームに付加してもよい。
図４５は、本実施の形態に係るインター予測処理を模式的に示す図である。インター予測部１３１１は、ある時刻Ｔ＿Ｃｕｒのスペース（ＳＰＣ）を、異なる時刻Ｔ＿ＬＸの符号化済みスペースを用いて符号化（インター予測）する。この場合、インター予測部１３１１は、異なる時刻Ｔ＿ＬＸの符号化済みスペースに回転及び並進処理を適用して符号化処理を行う。
また、三次元データ符号化装置１３００は、異なる時刻Ｔ＿ＬＸのスペースに適用した回転及び並進処理に関わるＲＴ情報をビットストリームに付加する。異なる時刻Ｔ＿ＬＸとは、例えば、前記ある時刻Ｔ＿Ｃｕｒより前の時刻Ｔ＿Ｌ０である。このとき、三次元データ符号化装置１３００は、時刻Ｔ＿Ｌ０のスペースに適用した回転及び並進処理に関わるＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ０をビットストリームに付加してもよい。
または、異なる時刻Ｔ＿ＬＸとは、例えば、前記ある時刻Ｔ＿Ｃｕｒより後の時刻Ｔ＿Ｌ１である。このとき、三次元データ符号化装置１３００は、時刻Ｔ＿Ｌ１のスペースに適用した回転及び並進処理に関わるＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ１をビットストリームに付加してもよい。
または、インター予測部１３１１は、異なる時刻Ｔ＿Ｌ０及び時刻Ｔ＿Ｌ１の両方のスペースを参照して符号化（双予測）を行う。この場合には、三次元データ符号化装置１３００は、それぞれのスペースに適用した回転及び並進に関わるＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ０及びＲＴ＿Ｌ１の両方をビットストリームに付加してもよい。
なお、上記ではＴ＿Ｌ０をＴ＿Ｃｕｒより前の時刻、Ｔ＿Ｌ１をＴ＿Ｃｕｒより後の時刻としたが、必ずしもこれに限らない。例えば、Ｔ＿Ｌ０とＴ＿Ｌ１は共にＴ＿Ｃｕｒより前の時刻でもよい。または、Ｔ＿Ｌ０とＴ＿Ｌ１は共にＴ＿Ｃｕｒより後の時刻でもよい。
また、三次元データ符号化装置１３００は、複数の異なる時刻のスペースを参照して符号化を行う場合には、それぞれのスペースに適用した回転及び並進に関わるＲＴ情報をビットストリームに付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、参照する複数の符号化済みスペースを２つの参照リスト（Ｌ０リスト及びＬ１リスト）で管理する。Ｌ０リスト内の第１の参照スペースをＬ０Ｒ０とし、Ｌ０リスト内の第２の参照スペースをＬ０Ｒ１とし、Ｌ１リスト内の第１の参照スペースをＬ１Ｒ０とし、Ｌ１リスト内の第２の参照スペースをＬ１Ｒ１とした場合、三次元データ符号化装置１３００は、Ｌ０Ｒ０のＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ０Ｒ０と、Ｌ０Ｒ１のＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ０Ｒ１と、Ｌ１Ｒ０のＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ１Ｒ０と、Ｌ１Ｒ１のＲＴ情報ＲＴ＿Ｌ１Ｒ１とをビットストリームに付加する。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、これらのＲＴ情報をビットストリームのヘッダ等に付加する。
また、三次元データ符号化装置１３００は、複数の異なる時刻の参照スペースを参照して符号化を行う場合、参照スペース毎に回転及び並進を適用するか否かを判定する。その際、三次元データ符号化装置１３００は、参照スペース毎に回転及び並進を適用したか否かを示す情報（ＲＴ適用フラグ等）をビットストリームのヘッダ情報等に付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、符号化対象スペースから参照する参照スペース毎にＩＣＰ（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムを用いてＲＴ情報、及びＩＣＰエラー値を算出する。三次元データ符号化装置１３００は、ＩＣＰエラー値が、予め定められた一定値以下の場合は、回転及び並進を行う必要がないと判定してＲＴ適用フラグをオフに設定する。一方、三次元データ符号化装置１３００は、ＩＣＰエラー値が上記一定値より大きい場合は、ＲＴ適用フラグをオンに設定し、ＲＴ情報をビットストリームに付加する。
図４６は、ＲＴ情報及びＲＴ適用フラグをヘッダに付加するシンタックス例を示す図である。なお、各シンタックスに割当てるビット数は、そのシンタックスが取りうる範囲で決定してもよい。例えば、参照リストＬ０内に含まれる参照スペース数が８つの場合、ＭａｘＲｅｆＳｐｃ＿ｌ０には３ｂｉｔが割当てられてもよい。割当てるビット数を、各シンタックスが取りうる値に応じて可変にしてもよいし、取りうる値に関わらず固定にしてもよい。割り当てるビット数を固定にする場合は、三次元データ符号化装置１３００は、その固定ビット数を別のヘッダ情報に付加してもよい。
ここで、図４６に示す、ＭａｘＲｅｆＳｐｃ＿ｌ０は、参照リストＬ０内に含まれる参照スペース数を示す。ＲＴ＿ｆｌａｇ＿ｌ０［ｉ］は、参照リストＬ０内の参照スペースｉのＲＴ適用フラグである。ＲＴ＿ｆｌａｇ＿ｌ０［ｉ］が１の場合、参照スペースｉに回転及び並進が適用される。ＲＴ＿ｆｌａｇ＿ｌ０［ｉ］が０の場合、参照スペースｉに回転及び並進が適用されない。
Ｒ＿ｌ０［ｉ］及びＴ＿ｌ０［ｉ］は、参照リストＬ０内の参照スペースｉのＲＴ情報である。Ｒ＿ｌ０［ｉ］は、参照リストＬ０内の参照スペースｉの回転情報である。回転情報は、適用された回転処理の内容を示し、例えば、回転行列、又はクォータニオン等である。Ｔ＿ｌ０［ｉ］は、参照リストＬ０内の参照スペースｉの並進情報である。並進情報は、適用された並進処理の内容を示し、例えば、並進ベクトル等である。
ＭａｘＲｅｆＳｐｃ＿ｌ１は、参照リストＬ１内に含まれる参照スペース数を示す。ＲＴ＿ｆｌａｇ＿ｌ１［ｉ］は、参照リストＬ１内の参照スペースｉのＲＴ適用フラグである。ＲＴ＿ｆｌａｇ＿ｌ１［ｉ］が１の場合、参照スペースｉに回転及び並進が適用される。ＲＴ＿ｆｌａｇ＿ｌ１［ｉ］が０の場合、参照スペースｉに回転及び並進が適用されない。
Ｒ＿ｌ１［ｉ］及びＴ＿ｌ１［ｉ］は、参照リストＬ１内の参照スペースｉのＲＴ情報である。Ｒ＿ｌ１［ｉ］は、参照リストＬ１内の参照スペースｉの回転情報である。回転情報は、適用された回転処理の内容を示し、例えば、回転行列、又はクォータニオン等である。Ｔ＿ｌ１［ｉ］は、参照リストＬ１内の参照スペースｉの並進情報である。並進情報は、適用された並進処理の内容を示し、例えば、並進ベクトル等である。
インター予測部１３１１は、参照スペースメモリ１３１０に格納された符号化済みの参照スペースの情報を用いて符号化対象ボリュームの予測ボリュームを生成する。上述したように、インター予測部１３１１は、符号化対象ボリュームの予測ボリュームを生成する前に、符号化対象スペースと参照スペースの全体的な位置関係を近づけるために、符号化対象スペースと参照スペースでＩＣＰ（Ｉｎｔｅｒａｃｔｉｖｅ Ｃｌｏｓｅｓｔ Ｐｏｉｎｔ）アルゴリズムを用いてＲＴ情報を求める。そして、インター予測部１３１１は、求めたＲＴ情報を用いて参照スペースに回転及び並進処理を適用することで参照スペースＢを得る。その後、インター予測部１３１１は、符号化対象スペース内の符号化対象ボリュームの予測ボリュームを参照スペースＢ内の情報を用いて生成する。ここで、三次元データ符号化装置１３００は、参照スペースＢを得るために用いられたＲＴ情報を符号化対象スペースのヘッダ情報等に付加する。
このように、インター予測部１３１１は、参照スペースに回転及び並進処理を適用することにより符号化対象スペースと参照スペースとの全体的な位置関係を近づけてから、参照スペースの情報を用いて予測ボリュームを生成することで予測ボリュームの精度を向上できる。また、予測残差を抑制できるので符号量を削減できる。なお、ここでは、符号化対象スペースと参照スペースとを用いてＩＣＰを行う例を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、インター予測部１３１１は、処理量を削減するために、ボクセル又はポイントクラウド数を間引いた符号化対象スペース、及び、ボクセル又はポイントクラウド数を間引いた参照スペースの少なくとも一方を用いてＩＣＰを行うことで、ＲＴ情報を求めてもよい。
また、インター予測部１３１１は、ＩＣＰの結果得られるＩＣＰエラー値が、予め定められた第１閾値より小さい場合、つまり、例えば符号化対象スペースと参照スペースの位置関係が近い場合には、回転及び並進処理は必要ないと判断し、回転及び並進を行わなくてもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、ＲＴ情報をビットストリームに付加しないことによりオーバーヘッドを抑制してもよい。
また、インター予測部１３１１は、ＩＣＰエラー値が、予め定められた第２閾値より大きい場合には、スペース間の形状変化が大きいと判断し、符号化対象スペースの全てのボリュームにイントラ予測を適用してもよい。以下、イントラ予測を適用するスペースをイントラスペースと呼ぶ。また、第２閾値は上記第１閾値より大きい値である。また、ＩＣＰに限定せず、２つのボクセル集合、又は、２つのポイントクラウド集合からＲＴ情報を求める方法であれば、どのような手法を適用してもよい。
また、三次元データに形状又は色等の属性情報が含まれる場合には、インター予測部１３１１は、符号化対象スペース内の符号化対象ボリュームの予測ボリュームとして、例えば参照スペース内で符号化対象ボリュームと最も形状又は色等の属性情報が近いボリュームを探索する。また、この参照スペースは、例えば、上述した回転及び並進処理が行われた後の参照スペースである。インター予測部１３１１は、探索により得られたボリューム（参照ボリューム）から予測ボリュームを生成する。図４７は、予測ボリュームの生成動作を説明するための図である。インター予測部１３１１は、図４７に示す符号化対象ボリューム（ボリュームｉｄｘ＝０）を、インター予測を用いて符号化する場合、参照スペース内の参照ボリュームを順にスキャンしながら、符号化対象ボリュームと参照ボリュームとの差分である予測残差が一番小さいボリュームを探索する。インター予測部１３１１は、予測残差が一番小さいボリュームを予測ボリュームとして選択する。符号化対象ボリュームと予測ボリュームとの予測残差が変換部１３０３以降の処理により符号化される。ここで、予測残差とは、符号化対象ボリュームの属性情報と予測ボリュームの属性情報との差分である。また、三次元データ符号化装置１３００は、予測ボリュームとして参照した参照スペース内の参照ボリュームのボリュームｉｄｘをビットストリームのヘッダ等に付加する。
図４７に示す例では、参照スペースＬ０Ｒ０のボリュームｉｄｘ＝４の参照ボリュームが符号化対象ボリュームの予測ボリュームとして選択される。そして、符号化対象ボリュームと参照ボリュームとの予測残差と、参照ボリュームｉｄｘ＝４とが符号化されてビットストリームに付加される。
なお、ここでは属性情報の予測ボリュームを生成する例を説明したが、位置情報の予測ボリュームについても同様の処理が行われてもよい。
予測制御部１３１２は、符号化対象ボリュームをイントラ予測、及びインター予測のいずれを用いて符号化するかを制御する。ここで、イントラ予測、及びインター予測を含むモードを予測モードと呼ぶ。例えば、予測制御部１３１２は、符号化対象ボリュームをイントラ予測で予測した場合の予測残差と、インター予測で予測した場合の予測残差とを評価値として算出し、評価値が小さい方の予測モードを選択する。なお、予測制御部１３１２は、イントラ予測の予測残差とインター予測の予測残差とに、それぞれ直交変換、量子化、及び、エントロピー符号化を適用することで実際の符号量を算出し、算出した符号量を評価値として予測モードを選択してもよい。また、評価値に予測残差以外のオーバーヘッド情報（参照ボリュームｉｄｘ情報など）を加えるようにしてもよい。また、予測制御部１３１２は、符号化対象スペースをイントラスペースで符号化すると予め決定されている場合には、常にイントラ予測を選択してもよい。
エントロピー符号化部１３１３は、量子化部１３０４からの入力である量子化係数を可変長符号化することにより符号化信号（符号化ビットストリーム）を生成する。具体的には、エントロピー符号化部１３１３は、例えば、量子化係数を二値化し、得られた二値信号を算術符号化する。
次に、三次元データ符号化装置１３００により生成された符号化信号を復号する三次元データ復号装置について説明する。図４８は、本実施の形態に係る三次元データ復号装置１４００のブロック図である。この三次元データ復号装置１４００は、エントロピー復号部１４０１と、逆量子化部１４０２と、逆変換部１４０３と、加算部１４０４と、参照ボリュームメモリ１４０５と、イントラ予測部１４０６と、参照スペースメモリ１４０７と、インター予測部１４０８と、予測制御部１４０９とを備える。
エントロピー復号部１４０１は、符号化信号（符号化ビットストリーム）を可変長復号する。例えば、エントロピー復号部１４０１は、符号化信号を算術復号して二値信号を生成し、生成した二値信号から量子化係数を生成する。
逆量子化部１４０２は、エントロピー復号部１４０１から入力された量子化係数を、ビットストリーム等に付加された量子化パラメータを用いて逆量子化することで逆量子化係数を生成する。
逆変換部１４０３は、逆量子化部１４０２から入力された逆量子化係数を逆変換することで予測残差を生成する。例えば、逆変換部１４０３は、逆量子化係数を、ビットストリームに付加された情報に基づいて逆直交変換することで予測残差を生成する。
加算部１４０４は、逆変換部１４０３で生成された予測残差と、イントラ予測又はインター予測により生成された予測ボリュームとを加算して再構成ボリュームを生成する。この再構成ボリュームは、復号三次元データとして出力されるとともに、参照ボリュームメモリ１４０５、又は、参照スペースメモリ１４０７に格納される。
イントラ予測部１４０６は、参照ボリュームメモリ１４０５内の参照ボリュームとビットストリームに付加された情報とを用いてイントラ予測により予測ボリュームを生成する。具体的には、イントラ予測部１４０６は、ビットストリームに付加された隣接ボリューム情報（例えばボリュームｉｄｘ）と、予測モード情報とを取得し、隣接ボリューム情報で示さる隣接ボリュームを用いて、予測モード情報で示されるモードにより予測ボリュームを生成する。なお、これらの処理の詳細は、ビットストリームに付与された情報が用いられる点を除き、上述したイントラ予測部１３０９による処理と同様である。
インター予測部１４０８は、参照スペースメモリ１４０７内の参照スペースとビットストリームに付加された情報とを用いてインター予測により予測ボリュームを生成する。具体的には、インター予測部１４０８は、ビットストリームに付加された参照スペース毎のＲＴ情報を用いて参照スペースに対して回転及び並進処理を適用し、適用後の参照スペースを用いて予測ボリュームを生成する。なお、参照スペース毎のＲＴ適用フラグがビットストリーム内に存在する場合には、インター予測部１４０８は、ＲＴ適用フラグに応じて参照スペースに回転及び並進処理を適用する。なお、これらの処理の詳細は、ビットストリームに付与された情報が用いられる点を除き、上述したインター予測部１３１１による処理と同様である。
予測制御部１４０９は、復号対象ボリュームをイントラ予測で復号するか、インター予測で復号するかを制御する。例えば、予測制御部１４０９は、ビットストリームに付加された、使用する予測モードを示す情報に応じてイントラ予測又はインター予測を選択する。なお、予測制御部１４０９は、復号対象スペースをイントラスペースで復号すると予め決定されている場合は、常にイントラ予測を選択してもよい。
以下、本実施の形態の変形例について説明する。本実施の形態ではスペース単位で回転及び並進が適用される例を説明したが、より細かい単位で回転及び並進が適用されてもよい。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、スペースをサブスペースに分割し、サブスペース単位で回転及び並進を適用してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、サブスペース毎にＲＴ情報を生成し、生成したＲＴ情報をビットストリームのヘッダ等に付加する。また、三次元データ符号化装置１３００は、符号化単位であるボリューム単位で回転及び並進を適用してもよい。この場合、三次元データ符号化装置１３００は、符号化ボリューム単位でＲＴ情報を生成し、生成したＲＴ情報をビットストリームのヘッダ等に付加する。さらに、上記を組み合わせてもよい。つまり、三次元データ符号化装置１３００は、大きい単位で回転及び並進を適用し、その後、細かい単位で回転及び並進を適用してもよい。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、スペース単位で回転及び並進を適用し、得られたスペースに含まれる複数のボリュームの各々に対して、互いに異なる回転及び並進を適用してもよい。
また、本実施の形態では参照スペースに回転及び並進を適用する例を説明したが、必ずしもこれに限らない。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、例えば、スケール処理を適用して三次元データの大きさを変化させてもよい。また、三次元データ符号化装置１３００は、回転、並進及びスケールのうち、いずれか１つ又は２つを適用してもよい。また、上記のように多段階で異なる単位で処理を適用する場合には、各単位に適用される処理の種類が異なってもよい。例えば、スペース単位では回転及び並進が適用され、ボリューム単位では並進が適用されてもよい。
なお、これらの変形例については、三次元データ復号装置１４００に対しても同様に適用できる。
以上のように、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置１３００は、以下の処理を行う。図４８は、三次元データ符号化装置１３００によるインター予測処理のフローチャートである。
まず、三次元データ符号化装置１３００は、対象三次元データ（例えば符号化対象スペース）と異なる時刻の参照三次元データ（例えば参照スペース）に含まれる三次元点の位置情報を用いて予測位置情報（例えば予測ボリューム）を生成する（Ｓ１３０１）。具体的には、三次元データ符号化装置１３００は、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に回転及び並進処理を適用することで予測位置情報を生成する。
なお、三次元データ符号化装置１３００は、回転及び並進処理を第１の単位（例えばスペース）で行い、予測位置情報の生成を第１の単位より細かい第２の単位（例えばボリューム）で行ってもよい。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、回転及び並進処理後の参照スペースに含まれる複数のボリュームのうち、符号化対象スペースに含まれる符号化対象ボリュームと位置情報の差が最小となるボリュームを探索し、得られたボリュームを予測ボリュームとして用いる。なお、三次元データ符号化装置１３００は、回転及び並進処理と、予測位置情報の生成とを同一の単位で行ってもよい。
また、三次元データ符号化装置１３００は、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に第１の単位（例えばスペース）で第１回転及び並進処理を適用し、第１回転及び並進処理により得られた三次元点の位置情報に、第１の単位より細かい第２の単位（例えばボリューム）で第２回転及び並進処理を適用することで予測位置情報を生成してもよい。
ここで、三次元点の位置情報及び予測位置情報は、例えば図４１に示すように、８分木構造で表現される。例えば、三次元点の位置情報及び予測位置情報は、８分木構造における深度と幅とのうち、幅を優先したスキャン順で表される。または、三次元点の位置情報及び予測位置情報は、８分木構造における深度と幅とのうち、深度を優先したスキャン順で表される。
また、図４６に示すように、三次元データ符号化装置１３００は、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に回転及び並進処理を適用するか否かを示すＲＴ適用フラグを符号化する。つまり、三次元データ符号化装置１３００は、ＲＴ適用フラグを含む符号化信号（符号化ビットストリーム）を生成する。また、三次元データ符号化装置１３００は、回転及び並進処理の内容を示すＲＴ情報を符号化する。つまり、三次元データ符号化装置１３００は、ＲＴ情報を含む符号化信号（符号化ビットストリーム）を生成する。なお、三次元データ符号化装置１３００は、ＲＴ適用フラグにより回転及び並進処理を適用することが示される場合にＲＴ情報を符号化し、ＲＴ適用フラグにより回転及び並進処理を適用しないことが示される場合にＲＴ情報を符号化しなくてもよい。
また、三次元データは、例えば、三次元点の位置情報と、各三次元点の属性情報（色情報等）とを含む。三次元データ符号化装置１３００は、参照三次元データに含まれる三次元点の属性情報を用いて予測属性情報を生成する（Ｓ１３０２）。
次に、三次元データ符号化装置１３００は、対象三次元データに含まれる三次元点の位置情報を、予測位置情報を用いて符号化する。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、図３８に示すように対象三次元データに含まれる三次元点の位置情報と予測位置情報との差分である差分位置情報を算出する（Ｓ１３０３）。
また、三次元データ符号化装置１３００は、対象三次元データに含まれる三次元点の属性情報を、予測属性情報を用いて符号化する。例えば、三次元データ符号化装置１３００は、対象三次元データに含まれる三次元点の属性情報と予測属性情報との差分である差分属性情報を算出する（Ｓ１３０４）。次に、三次元データ符号化装置１３００は、算出された差分属性情報に変換及び量子化を行う（Ｓ１３０５）。
最後に、三次元データ符号化装置１３００は、差分位置情報と、量子化後の差分属性情報とを符号化（例えばエントロピー符号化）する（Ｓ１３０６）。つまり、三次元データ符号化装置１３００は、差分位置情報と差分属性情報とを含む符号化信号（符号化ビットストリーム）を生成する。
なお、三次元データに属性情報が含まれない場合には、三次元データ符号化装置１３００は、ステップＳ１３０２、Ｓ１３０４及びＳ１３０５を行わなくてもよい。また、三次元データ符号化装置１３００は、三次元点の位置情報の符号化と、三次元点の属性情報の符号化とのうち、一方のみを行ってもよい。
また、図４９に示す処理の順序は一例であり、これに限定されない。例えば、位置情報に対する処理（Ｓ１３０１、Ｓ１３０３）と、属性情報に対する処理（Ｓ１３０２、Ｓ１３０４、Ｓ１３０５）とは互いに独立しているため、任意の順序で行われてもよいし、一部が並列処理されてもよい。
以上により、本実施の形態に三次元データ符号化装置１３００は、対象三次元データと異なる時刻の参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報を用いて予測位置情報を生成し、対象三次元データに含まれる三次元点の位置情報と予測位置情報との差分である差分位置情報を符号化する。これにより、符号化信号のデータ量を削減できるので符号化効率を向上できる。
また、本実施の形態に三次元データ符号化装置１３００は、参照三次元データに含まれる三次元点の属性情報を用いて予測属性情報を生成し、対象三次元データに含まれる三次元点の属性情報と予測属性情報との差分である差分属性情報を符号化する。これにより、符号化信号のデータ量を削減できるので符号化効率を向上できる。
例えば、三次元データ符号化装置１３００は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
図４８は、三次元データ復号装置１４００によるインター予測処理のフローチャートである。
まず、三次元データ復号装置１４００は、符号化信号（符号化ビットストリーム）から、差分位置情報と差分属性情報とを復号（例えばエントロピー復号）する（Ｓ１４０１）。
また、三次元データ復号装置１４００は、符号化信号から、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に回転及び並進処理を適用するか否かを示すＲＴ適用フラグを復号する。また、三次元データ復号装置１４００は、回転及び並進処理の内容を示すＲＴ情報を復号する。なお、三次元データ復号装置１４００は、ＲＴ適用フラグにより回転及び並進処理を適用することが示される場合にＲＴ情報を復号し、ＲＴ適用フラグにより回転及び並進処理を適用しないことが示される場合にＲＴ情報を復号しなくてもよい。
次に、三次元データ復号装置１４００は、復号された差分属性情報に逆量子化及び逆変換を行う（Ｓ１４０２）。
次に、三次元データ復号装置１４００は、対象三次元データ（例えば復号対象スペース）と異なる時刻の参照三次元データ（例えば参照スペース）に含まれる三次元点の位置情報を用いて予測位置情報（例えば予測ボリューム）を生成する（Ｓ１４０３）。具体的には、三次元データ復号装置１４００は、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に回転及び並進処理を適用することで予測位置情報を生成する。
より具体的には、三次元データ復号装置１４００は、ＲＴ適用フラグにより回転及び並進処理を適用することが示される場合に、ＲＴ情報で示される参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に回転及び並進処理を適用する。一方、ＲＴ適用フラグにより回転及び並進処理を適用しないことが示される場合には、三次元データ復号装置１４００は、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に回転及び並進処理を適用しない。
なお、三次元データ復号装置１４００は、回転及び並進処理を第１の単位（例えばスペース）で行い、予測位置情報の生成を第１の単位より細かい第２の単位（例えばボリューム）で行ってもよい。なお、三次元データ復号装置１４００は、回転及び並進処理と、予測位置情報の生成とを同一の単位で行ってもよい。
また、三次元データ復号装置１４００は、参照三次元データに含まれる三次元点の位置情報に第１の単位（例えばスペース）で第１回転及び並進処理を適用し、第１回転及び並進処理により得られた三次元点の位置情報に、第１の単位より細かい第２の単位（例えばボリューム）で第２回転及び並進処理を適用することで予測位置情報を生成してもよい。
ここで、三次元点の位置情報及び予測位置情報は、例えば図４１に示すように、８分木構造で表現される。例えば、三次元点の位置情報及び予測位置情報は、８分木構造における深度と幅とのうち、幅を優先したスキャン順で表される。または、三次元点の位置情報及び予測位置情報は、８分木構造における深度と幅とのうち、深度を優先したスキャン順で表される。
三次元データ復号装置１４００は、参照三次元データに含まれる三次元点の属性情報を用いて予測属性情報を生成する（Ｓ１４０４）。
次に、三次元データ復号装置１４００は、符号化信号に含まれる符号化位置情報を予測位置情報を用いて復号することで対象三次元データに含まれる三次元点の位置情報を復元する。ここで、符号化位置情報とは、例えば、差分位置情報であり、三次元データ復号装置１４００は、差分位置情報と予測位置情報とを加算することで対象三次元データに含まれる三次元点の位置情報を復元する（Ｓ１４０５）。
また、三次元データ復号装置１４００は、符号化信号に含まれる符号化属性情報を予測属性情報を用いて復号することで対象三次元データに含まれる三次元点の属性情報を復元する。ここで、符号化属性情報とは、例えば、差分属性情報であり、三次元データ復号装置１４００は、差分属性情報と予測属性情報とを加算することで対象三次元データに含まれる三次元点の属性情報を復元する（Ｓ１４０６）。
なお、三次元データに属性情報が含まれない場合には、三次元データ復号装置１４００は、ステップＳ１４０２、Ｓ１４０４及びＳ１４０６を行わなくてもよい。また、三次元データ復号装置１４００は、三次元点の位置情報の復号と、三次元点の属性情報の復号とのうち、一方のみを行ってもよい。
また、図５０に示す処理の順序は一例であり、これに限定されない。例えば、位置情報に対する処理（Ｓ１４０３、Ｓ１４０５）と、属性情報に対する処理（Ｓ１４０２、Ｓ１４０４、Ｓ１４０６）とは互いに独立しているため、任意の順序で行われてもよいし、一部が並列処理されてもよい。
（実施の形態８）
三次元点群の情報は、位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）と属性情報（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）とを含む。位置情報は、ある点を基準とした座標（ｘ座標、ｙ座標、ｚ座標）を含む。位置情報を符号化する場合は、各三次元点の座標を直接符号化する代わりに、各三次元点の位置を８分木表現で表現し、８分木の情報を符号化することで符号量を削減する方法が用いられる。
一方、属性情報は、各三次元点の色情報（ＲＧＢ、ＹＵＶなど）、反射率、及び法線ベクトルなどを示す情報を含む。例えば、三次元データ符号化装置は、属性情報を、位置情報とは別の符号化方法を用いて符号化することができる。
本実施の形態では属性情報の符号化方法について説明する。なお、本実施の形態では属性情報の値として整数値を用いて説明する。例えば色情報ＲＧＢ又はＹＵＶの各色成分が８ｂｉｔ精度である場合、各色成分は０～２５５の整数値をとる。反射率の値が１０ｂｉｔ精度である場合、反射率の値は０～１０２３の整数値をとる。なお、三次元データ符号化装置は、属性情報のビット精度が小数精度である場合、属性情報の値が整数値になるように、当該値にスケール値を乗じてから整数値に丸めてもよい。なお、三次元データ符号化装置は、このスケール値をビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
三次元点の属性情報の符号化方法として、三次元点の属性情報の予測値を算出し、元の属性情報の値と予測値との差分（予測残差）を符号化することが考えられる。例えば、三次元点ｐの属性情報の値がＡｐであり、予測値がＰｐである場合、三次元データ符号化装置は、その差分絶対値Ｄｉｆｆｐ＝｜Ａｐ－Ｐｐ｜を符号化する。この場合、予測値Ｐｐを高精度に生成することができれば、差分絶対値Ｄｉｆｆｐの値が小さくなる。よって、例えば、値が小さい程発生ビット数が小さくなる符号化テーブルを用いて差分絶対値Ｄｉｆｆｐをエントロピー符号化することで符号量を削減することができる。
属性情報の予測値を生成する方法として、符号化対象の対象三次元点の周囲にある別の三次元点である参照三次元点の属性情報を用いることが考えられる。ここで参照三次元点とは、対象三次元点から予め定められた距離範囲内にある三次元点である。例えば、対象三次元点ｐ＝（ｘ１，ｙ１，ｚ１）と三次元点ｑ＝（ｘ２，ｙ２，ｚ２）とが存在する場合、三次元データ符号化装置は、（式Ａ１）に示す三次元点ｐと三次元点ｑとのユークリッド距離ｄ（ｐ、ｑ）を算出する。
Figure 0007448519000001
三次元データ符号化装置は、ユークリッド距離ｄ（ｐ、ｑ）が予め定められた閾値ＴＨｄより小さい場合、三次元点ｑの位置が対象三次元点ｐの位置に近いと判定し、対象三次元点ｐの属性情報の予測値の生成に三次元点ｑの属性情報の値を利用すると判定する。なお、距離算出方法は別の方法でもよく、例えばマハラノビス距離等が用いられてもよい。また、三次元データ符号化装置は、対象三次元点から予め定められた距離範囲外の三次元点を予測処理に用いないと判定してもよい。例えば、三次元点ｒが存在し、対象三次元ｐと三次元点ｒとの距離ｄ（ｐ、ｒ）が閾値ＴＨｄ以上である場合、三次元データ符号化装置は、三次元点ｒを予測に用いないと判定してもよい。なお、三次元データ符号化装置は、閾値ＴＨｄを示す情報を、ビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
図５１は、三次元点の例を示す図である。この例では、対象三次元点ｐと三次元点ｑとの距離ｄ（ｐ、ｑ）が閾値ＴＨｄより小さい。よって、三次元データ符号化装置は、三次元点ｑを対象三次元点ｐの参照三次元点と判定し、対象三次元ｐの属性情報Ａｐの予測値Ｐｐの生成に三次元点ｑの属性情報Ａｑの値を利用すると判定する。
一方、対象三次元点ｐと三次元点ｒとの距離ｄ（ｐ、ｒ）は、閾値ＴＨｄ以上である。よって、三次元データ符号化装置は、三次元点ｒを対象三次元点ｐの参照三次元点でないと判定し、対象三次元点ｐの属性情報Ａｐの予測値Ｐｐの生成に三次元点ｒの属性情報Ａｒの値を利用しないと判定する。
また、三次元データ符号化装置は、対象三次元点の属性情報を予測値を用いて符号化する場合、既に属性情報を符号化及び復号済みの三次元点を参照三次元点として利用する。同様に、三次元データ復号装置は、復号対象の対象三次元点の属性情報を予測値を用いて復号する場合、既に属性情報を復号済みの三次元点を参照三次元点として利用する。これにより、符号化時と復号時とで同一の予測値を生成することができるので、符号化で生成した三次元点のビットストリームを復号側で正しく復号することができる。
また、三次元点の属性情報を符号化する場合に、三次元点の位置情報を用いて各三次元点を複数階層に分類してから符号化することが考えられる。ここで、分類した各階層をＬｏＤ（Ｌｅｖｅｌ ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ）と呼ぶ。ＬｏＤの生成方法について図５２を用いて説明する。
まず、三次元データ符号化装置は、初期点ａ０を選択し、ＬｏＤ０に割当てる。次に、三次元データ符号化装置は、点ａ０からの距離がＬｏＤ０の閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［０］より大きい点ａ１を抽出しＬｏＤ０に割当てる。次に、三次元データ符号化装置は、点ａ１からの距離がＬｏＤ０の閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［０］より大きい点ａ２を抽出しＬｏＤ０に割当てる。このように、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ０内の各点の間の距離が閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［０］より大きくなるようにＬｏＤ０を構成する。
次に、三次元データ符号化装置は、まだＬｏＤが未割当ての点ｂ０を選択し、ＬｏＤ１に割当てる。次に、三次元データ符号化装置は、点ｂ０からの距離がＬｏＤ１の閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［１］より大きく、ＬｏＤが未割当ての点ｂ１を抽出しＬｏＤ１に割当てる。次に、三次元データ符号化装置は、点ｂ１からの距離がＬｏＤ１の閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［１］より大きく、ＬｏＤが未割当ての点ｂ２を抽出しＬｏＤ１に割当てる。このように、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ１内の各点の間の距離が閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［１］より大きくなるようにＬｏＤ１を構成する。
次に、三次元データ符号化装置は、まだＬｏＤが未割当ての点ｃ０を選択し、ＬｏＤ２に割当てる。次に、三次元データ符号化装置は、点ｃ０からの距離がＬｏＤ２の閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］より大きく、ＬｏＤが未割当ての点ｃ１を抽出しＬｏＤ２に割当てる。次に、三次元データ符号化装置は、点ｃ１からの距離がＬｏＤ２の閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］より大きく、ＬｏＤが未割当ての点ｃ２を抽出しＬｏＤ２に割当てる。このように、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ２内の各点の間の距離が閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］より大きくなるようにＬｏＤ２を構成する。例えば、図５３に示すように、各ＬｏＤの閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［０］、Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［１］、及びＴｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］が設定される。
また、三次元データ符号化装置は、各ＬｏＤの閾値を示す情報を、ビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。例えば、図５３に示す例の場合、三次元データ符号化装置は、閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［０］、Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［１］、及びＴｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］をヘッダに付加してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤの最下層にＬｏＤが未割当ての三次元点全てを割当ててもよい。この場合、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤの最下層の閾値をヘッダに付加しないことでヘッダの符号量を削減できる。例えば、図５３に示す例の場合、三次元データ符号化装置は、閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［０］とＴｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［１］をヘッダに付加し、Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］をヘッダに付加しない。この場合、三次元データ復号装置は、Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［２］の値０と推定してもよい。また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤの階層数をヘッダに付加してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、ＬｏＤの階層数を用いて最下層のＬｏＤを判定できる。
また、ＬｏＤの各層の閾値の値を図５３に示すように上位層ほど大きく設定することで、上位層（ＬｏＤ０に近い層）ほど三次元点間の距離が離れた疎点群（ｓｐａｒｓｅ）となり、下位層ほど三次元点間の距離が近い密点群（ｄｅｎｓｅ）となる。なお、図５３に示す例では、ＬｏＤ０が最上位層である。
また、各ＬｏＤを設定する際の初期三次元点の選択方法は、位置情報符号化時の符号化順に依存してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ０の初期点ａ０として、位置情報符号化時に最初に符号化された三次元点を選択し、初期点ａ０を基点に、点ａ１、点ａ２を選択してＬｏＤ０を構成する。そして、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ１の初期点ｂ０として、ＬｏＤ０に属していない三次元点の中で、最も早く位置情報が符号化された三次元点を選択してもよい。つまり、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤｎの初期点ｎ０として、ＬｏＤｎの上層（ＬｏＤ０～ＬｏＤｎ－１）に属していない三次元点の中で、最も早く位置情報が符号化された三次元点を選択してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、復号時に同様の初期点選択方法を用いることで、符号化時と同一のＬｏＤを構成できるので、ビットストリームを適切に復号できる。具体的には、三次元データ復号装置は、ＬｏＤｎの初期点ｎ０として、ＬｏＤｎの上層に属していない三次元点の中で、最も早く位置情報が復号された三次元点を選択する。
以下、三次元点の属性情報の予測値を、ＬｏＤの情報を用いて生成する手法について説明する。例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ０に含まれる三次元点から順に符号化する場合、ＬｏＤ１に含まれる対象三次元点を、ＬｏＤ０及びＬｏＤ１に含まれる符号化かつ復号済み（以下、単に「符号化済み」とも記す）の属性情報を用いて生成する。このように、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤｎに含まれる三次元点の属性情報の予測値を、ＬｏＤｎ’（ｎ’＜＝ｎ）に含まれる符号化済みの属性情報を用いて生成する。つまり、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤｎに含まれる三次元点の属性情報の予測値の算出に、ＬｏＤｎの下層に含まれる三次元点の属性情報を用いない。
例えば、三次元データ符号化装置は、三次元点の属性情報の予測値を、符号化対象の対象三次元点の周辺の符号化済みの三次元点のうち、Ｎ個以下の三次元点の属性値の平均を算出することで生成する。また、三次元データ符号化装置は、Ｎの値を、ビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。なお、三次元データ符号化装置は、Ｎの値を三次元点毎に変更し、三次元点毎にＮの値を付加してもよい。これにより、三次元点毎に適切なＮを選択することができるので、予測値の精度を向上できる。よって、予測残差を小さくできる。また、三次元データ符号化装置は、Ｎの値をビットストリームのヘッダに付加し、ビットストリーム内でＮの値を固定してもよい。これにより、三次元点毎にＮの値を符号化、又は復号する必要がなくなるので、処理量を削減できる。また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎にＮの値を別々に符号化してもよい。これによりＬｏＤ毎に適切なＮを選択することで符号化効率を向上できる。
または、三次元データ符号化装置は、三次元点の属性情報の予測値を、周囲の符号化済みのＮ個の三次元点の属性情報の重み付け平均値により算出してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、対象三次元点と周囲のＮ個の三次元点とのそれぞれの距離情報を用いて重みを算出する。
三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎にＮの値を別々に符号化する場合、例えばＬｏＤの上位層ほどＮの値を大きく設定し、下位層ほどＮの値を小さく設定する。ＬｏＤの上位層では属する三次元点間の距離が離れるため、Ｎの値を大きく設定して複数の周囲の三次元点を選択して平均化することで予測精度を向上できる可能性がある。また、ＬｏＤの下位層では属する三次元点間の距離が近いため、Ｎの値を小さく設定して平均化の処理量を抑えつつ、効率的な予測を行うことが可能となる。
図５４は、予測値に用いる属性情報の例を示す図である。上述したように、ＬｏＤＮに含まれる点Ｐの予測値は、ＬｏＤＮ’（Ｎ’＜＝Ｎ）に含まれる符号化済みの周囲点Ｐ’を用いて生成される。ここで、周囲点Ｐ’は、点Ｐとの距離に基づき選択される。例えば、図５４に示す点ｂ２の属性情報の予測値は、点ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１の属性情報を用いて生成される。
上述したＮの値に応じて、選択される周囲点は変化する。例えばＮ＝５の場合は点ｂ２の周囲点としてａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１が選択される。Ｎ＝４の場合は距離情報を元に点ａ０、ａ１、ａ２、ｂ１を選択される。
予測値は、距離依存の重み付け平均により算出される。例えば、図５４に示す例では、点ａ２の予測値ａ２ｐは、（式Ａ２）及び（式Ａ３）に示すように、点ａ０及び点ａ１の属性情報の重み付け平均により算出される。なお、Ａｉは点ａｉの属性情報の値である。
Figure 0007448519000002
また、点ｂ２の予測値ｂ２ｐは、（式Ａ４）～（式Ａ６）に示すように、点ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１の属性情報の重み付け平均により算出される。なお、Ｂｉは点ｂｉの属性情報の値である。
Figure 0007448519000003
また、三次元データ符号化装置は、三次元点の属性情報の値と、周囲点から生成した予測値との差分値（予測残差）を算出し、算出した予測残差を量子化してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、予測残差を量子化スケール（量子化ステップとも呼ぶ）で除算することで量子化を行う。この場合、量子化スケールが小さいほど量子化によって発生しうる誤差（量子化誤差）が小さくなる。逆に量子化スケールが大きいほど量子化誤差は大きくなる。
なお、三次元データ符号化装置は、使用する量子化スケールをＬｏＤ毎に変えてもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、上位層ほど量子化スケールを小さくし、下位層ほど量子化スケールを大きくする。上位層に属する三次元点の属性情報の値は、下位層に属する三次元点の属性情報の予測値として使用される可能性があるため、上位層の量子化スケールを小さくして上位層で発生しうる量子化誤差を抑え、予測値の精度を高めることで符号化効率を向上できる。なお、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎に使用する量子化スケールをヘッダ等に付加してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、正しく量子化スケールを復号できるので、ビットストリームを適切に復号できる。
また、三次元データ符号化装置は、量子化後の予測残差である符号付整数値（符号付量子化値）を符号なし整数値（符号なし量子化値）に変換してもよい。これにより予測残差をエントロピー符号化する場合に、負の整数の発生を考慮する必要がなくなる。なお、三次元データ符号化装置は、必ずしも符号付整数値を符号なし整数値に変換する必要はなく、例えば符号ビットを別途エントロピー符号化してもよい。
予測残差は、元の値から予測値を減算することにより算出される。例えば、点ａ２の予測残差ａ２ｒは、（式Ａ７）に示すように、点ａ２の属性情報の値Ａ２から、点ａ２の予測値ａ２ｐを減算することで算出される。点ｂ２の予測残差ｂ２ｒは、（式Ａ８）に示すように、点ｂ２の属性情報の値Ｂ２から、点ｂ２の予測値ｂ２ｐを減算することで算出される。
ａ２ｒ＝Ａ２－ａ２ｐ ・・・（式Ａ７）
ｂ２ｒ＝Ｂ２－ｂ２ｐ ・・・（式Ａ８）
また、予測残差は、ＱＳ（量子化ステップ（Ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ Ｓｔｅｐ））で除算されることで量子化される。例えば、点ａ２の量子化値ａ２ｑは、（式Ａ９）により算出される。点ｂ２の量子化値ｂ２ｑは、（式Ａ１０）により算出される。ここで、ＱＳ＿ＬｏＤ０は、ＬｏＤ０用のＱＳであり、ＱＳ＿ＬｏＤ１は、ＬｏＤ１用のＱＳである。つまり、ＬｏＤに応じてＱＳが変更されてもよい。
ａ２ｑ＝ａ２ｒ／ＱＳ＿ＬｏＤ０ ・・・（式Ａ９）
ｂ２ｑ＝ｂ２ｒ／ＱＳ＿ＬｏＤ１ ・・・（式Ａ１０）
また、三次元データ符号化装置は、以下のように、上記量子化値である符号付整数値を符号なし整数値に変換する。三次元データ符号化装置は、符号付整数値ａ２ｑが０より小さい場合、符号なし整数値ａ２ｕを－１－（２×ａ２ｑ）に設定する。三次元データ符号化装置は、符号付整数値ａ２ｑが０以上の場合、符号なし整数値ａ２ｕを２×ａ２ｑに設定する。
同様に、三次元データ符号化装置は、符号付整数値ｂ２ｑが０より小さい場合、符号なし整数値ｂ２ｕを－１－（２×ｂ２ｑ）に設定する。三次元データ符号化装置は、符号付整数値ｂ２ｑが０以上の場合、符号なし整数値ｂ２ｕを２×ｂ２ｑに設定する。
また、三次元データ符号化装置は、量子化後の予測残差（符号なし整数値）を、エントロピー符号化によって符号化してもよい。例えば符号なし整数値を二値化したうえで、二値の算術符号化を適用してもよい。
なお、この場合、三次元データ符号化装置は、予測残差の値に応じて二値化方法を切替えてもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、予測残差ｐｕが閾値Ｒ＿ＴＨより小さい場合は、閾値Ｒ＿ＴＨを表現するために必要な固定ビット数で予測残差ｐｕを二値化する。また、三次元データ符号化装置は、予測残差ｐｕが閾値Ｒ＿ＴＨ以上の場合は、閾値Ｒ＿ＴＨの二値化データと（ｐｕ－Ｒ＿ＴＨ）の値を指数ゴロム（Ｅｘｐｏｎｅｎｔｉａｌ－Ｇｏｌｏｍｂ）等を用いて二値化する。
例えば、三次元データ符号化装置は、閾値Ｒ＿ＴＨが６３であり、予測残差ｐｕが６３より小さい場合は、予測残差ｐｕを６ｂｉｔで二値化する。また、三次元データ符号化装置は、予測残差ｐｕが６３以上である場合は、閾値Ｒ＿ＴＨの二値データ（１１１１１１）と（ｐｕ－６３）とを指数ゴロムを用いて二値化することで算術符号化を行う。
より具体的な例では、三次元データ符号化装置は、予測残差ｐｕが３２である場合、６ｂｉｔの二値データ（１０００００）を生成し、このビット列を算術符号化する。また、三次元データ符号化装置は、予測残差ｐｕが６６の場合、閾値Ｒ＿ＴＨの二値データ（１１１１１１）と値３（６６－６３）を指数ゴロムで表したビット列（００１００）とを生成し、このビット列（１１１１１１＋００１００）を算術符号化する。
このように、三次元データ符号化装置は、予測残差の大きさに応じて二値化の方法を切替えることで、予測残差が大きくなった場合の二値化ビット数の急激な増加を抑えながら符号化することが可能となる。なお、三次元データ符号化装置は、閾値Ｒ＿ＴＨをビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
例えば、高ビットレートで符号化が行われる場合、つまり、量子化スケールが小さい場合、量子化誤差が小さく予測精度が高くなり、結果として予測残差が大きくならない可能性がある。よって、この場合には、三次元データ符号化装置は、閾値Ｒ＿ＴＨを大きく設定する。これにより、閾値Ｒ＿ＴＨの二値化データを符号化する可能性が低くなり、符号化効率が向上する。逆に、低ビットレートで符号化が行われる場合、つまり、量子化スケールが大きい場合、量子化誤差が大きく予測精度が悪くなり、結果として予測残差が大きくなる可能性がある。よって、この場合には、三次元データ符号化装置は、閾値Ｒ＿ＴＨを小さく設定する。これにより、二値化データの急激なビット長増加を防ぐことができる。
また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎に閾値Ｒ＿ＴＨを切り替え、ＬｏＤ毎の閾値Ｒ＿ＴＨをヘッダ等に付加してもよい。つまり、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎に二値化の方法を切替えてもよい。例えば、上位層では三次元点間の距離が遠いため、予測精度が悪く結果として予測残差が大きくなる可能性がある。よって、三次元データ符号化装置は、上位層に対しては閾値Ｒ＿ＴＨを小さく設定することで二値化データの急激なビット長増加を防ぐ。また、下位層では三次元点間の距離が近いため、予測精度が高く結果として予測残差が小さくなる可能性がある。よって、三次元データ符号化装置は、階層に対しては閾値Ｒ＿ＴＨを大きく設定することで符号化効率を向上する。
図５５は、指数ゴロム符号の一例を示す図であって、二値化前の値（多値）と、二値化後のビット（符号）との関係を示す図である。なお、図５５に示す０と１とを反転させてもよい。
また、三次元データ符号化装置は、予測残差の二値化データに算術符号化を適用する。これにより、符号化効率を向上できる。なお、算術符号化の適用時に、二値化データのうち、ｎビットで二値化した部分であるｎビット符号（ｎ－ｂｉｔ ｃｏｄｅ）と、指数ゴロムを用いて二値化した部分である残り符号（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｃｏｄｅ）とで、各ビットの０と１の出現確率の傾向は異なる可能性がある。よって、三次元データ符号化装置は、ｎビット符号と残り符号とで、算術符号化の適用方法を切替えてもよい。
例えば、三次元データ符号化装置は、ｎビット符号に対しては、ビット毎に異なる符号化テーブル（確率テーブル）を用いて算術符号化を行う。この際、三次元データ符号化装置は、ビット毎に使用する符号化テーブルの数を変えてもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、ｎビット符号の先頭ビットｂ０には１個の符号化テーブルを用いて算術符号化を行う。また、三次元データ符号化装置は、次のビットｂ１に対しては２個の符号化テーブルを用いる。また、三次元データ符号化装置は、ｂ０の値（０又は１）に応じてビットｂ１の算術符号化に用いる符号化テーブルを切替える。同様に、三次元データ符号化装置は、更に次のビットｂ２に対しては４個の符号化テーブルを用いる。また、三次元データ符号化装置は、ｂ０及びｂ１の値（０～３）に応じて、ビットｂ２の算術符号化に用いる符号化テーブルを切替える。
このように、三次元データ符号化装置は、ｎビット符号の各ビットｂｎ－１を算術符号化する際に、２ｎ－１個の符号化テーブルを用いる。また、三次元データ符号化装置は、ｂｎ－１より前のビットの値（発生パターン）に応じて、使用する符号化テーブルを切替える。これにより、三次元データ符号化装置は、ビット毎に適切な符号化テーブルを使用できるので、符号化効率を向上できる。
なお、三次元データ符号化装置は、各ビットで使用する符号化テーブルの数を削減してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、各ビットｂｎ－１を算術符号化する際に、ｂｎ－１より前のｍビット（ｍ＜ｎ－１）の値（発生パターン）に応じて２ｍ個の符号化テーブルを切替えてもよい。これにより各ビットで使用する符号化テーブルの数を抑えつつ、符号化効率を向上できる。なお、三次元データ符号化装置は、各符号化テーブルにおける０と１の発生確率を、実際に発生した二値化データの値に応じて更新してもよい。また、三次元データ符号化装置は、一部のビットの符号化テーブルにおける０と１の発生確率を固定化してもよい。これにより、発生確率の更新回数を抑制できるので処理量を削減できる。
例えば、ｎビット符号がｂ０ｂ１ｂ２…ｂｎ－１である場合、ｂ０用の符号化テーブルは１個（ＣＴｂ０）である。ｂ１用の符号化テーブルは２個（ＣＴｂ１０、ＣＴｂ１１）である。また、ｂ０の値（０～１）に応じて使用する符号化テーブルが切替えられる。ｂ２用の符号化テーブルは、４個（ＣＴｂ２０、ＣＴｂ２１、ＣＴｂ２２、ＣＴｂ２３）である。また、ｂ０及びｂ１の値（０～３）に応じて使用する符号化テーブルが切替えられる。ｂｎ－１用の符号化テーブルは２ｎ－１個（ＣＴｂｎ０、ＣＴｂｎ１、…、ＣＴｂｎ（２ｎ－１－１））である。また、ｂ０ｂ１…ｂｎ－２の値（０～２ｎ－１－１）に応じて使用する符号化テーブルを切替えられる。
なお、三次元データ符号化装置は、ｎビット符号に対しては、二値化せずに０～２ｎ－１の値を設定するｍ－ａｒｙによる算術符号化（ｍ＝２ｎ）を適用してもよい。また、三次元データ符号化装置が、ｎビット符号をｍ－ａｒｙで算術符号化する場合は、三次元データ復号装置もｍ－ａｒｙの算術復号によりｎビット符号を復元してもよい。
図５６は、例えば、残り符号が指数ゴロム符号の場合の処理を説明するための図である。指数ゴロムを用いて二値化した部分である残り符号は、図５６に示すようにｐｒｅｆｉｘ部とｓｕｆｆｉｘ部とを含む。例えば、三次元データ符号化装置は、ｐｒｅｆｉｘ部とｓｕｆｆｉｘ部とで符号化テーブルを切替える。つまり、三次元データ符号化装置は、ｐｒｅｆｉｘ部に含まれる各ビットを、ｐｒｅｆｉｘ用の符号化テーブルを用いて算術符号化し、ｓｕｆｆｉｘ部に含まれる各ビットを、ｓｕｆｆｉｘ用の符号化テーブルを用いて算術符号化する。
なお、三次元データ符号化装置は、各符号化テーブルにおける０と１の発生確率を、実際に発生した二値化データの値に応じて更新してもよい。または、三次元データ符号化装置は、どちらかの符号化テーブルにおける０と１の発生確率を固定化してもよい。これにより、発生確率の更新回数を抑制できるので処理量を削減できる。例えば、三次元データ符号化装置は、ｐｒｅｆｉｘ部に対して発生確率を更新し、ｓｕｆｆｉｘ部に対して発生確率を固定化してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、量子化後の予測残差を、逆量子化及び再構成することで復号し、復号した予測残差である復号値を符号化対象の三次元点以降の予測に利用する。具体的には、三次元データ符号化装置は、量子化後の予測残差（量子化値）に量子化スケールを乗算することで逆量子化値を算出し、逆量子化値と予測値とを加算して復号値（再構成値）を得る。
例えば、点ａ２の逆量子化値ａ２ｉｑは、点ａ２の量子化値ａ２ｑを用いて（式Ａ１１）により算出される。点ｂ２の逆量子化値ｂ２ｉｑは、点ｂ２の量子化値ｂ２ｑを用いて（式Ａ１２）により算出される。ここで、ＱＳ＿ＬｏＤ０は、ＬｏＤ０用のＱＳであり、ＱＳ＿ＬｏＤ１は、ＬｏＤ１用のＱＳである。つまり、ＬｏＤに応じてＱＳが変更されてもよい。
ａ２ｉｑ＝ａ２ｑ×ＱＳ＿ＬｏＤ０ ・・・（式Ａ１１）
ｂ２ｉｑ＝ｂ２ｑ×ＱＳ＿ＬｏＤ１ ・・・（式Ａ１２）
例えば、点ａ２の復号値ａ２ｒｅｃは、（式Ａ１３）に示すように、点ａ２の逆量子化値ａ２ｉｑに、点ａ２の予測値ａ２ｐを加算することで算出される。点ｂ２の復号値ｂ２ｒｅｃは、（式Ａ１４）に示すように、点ｂ２の逆量子化値ｂ２ｉｑに、点ｂ２の予測値ｂ２ｐを加算することで算出される。
ａ２ｒｅｃ＝ａ２ｉｑ＋ａ２ｐ ・・・（式Ａ１３）
ｂ２ｒｅｃ＝ｂ２ｉｑ＋ｂ２ｐ ・・・（式Ａ１４）
以下、本実施の形態に係るビットストリームのシンタックス例を説明する。図５７は、本実施の形態に係る属性ヘッダ（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｈｅａｄｅｒ）のシンタックス例を示す図である。属性ヘッダは、属性情報のヘッダ情報である。図５７に示すように、属性ヘッダは、階層数情報（ＮｕｍＬｏＤ）と、三次元点数情報（ＮｕｍＯｆＰｏｉｎｔ［ｉ］）と、階層閾値（Ｔｈｒｅｓ＿Ｌｏｄ［ｉ］）と、周囲点数情報（ＮｕｍＮｅｉｇｈｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］）と、予測閾値（ＴＨｄ［ｉ］）と、量子化スケール（ＱＳ［ｉ］）と、二値化閾値（Ｒ＿ＴＨ［ｉ］）とを含む。
階層数情報（ＮｕｍＬｏＤ）は、用いられるＬｏＤの階層数を示す。
三次元点数情報（ＮｕｍＯｆＰｏｉｎｔ［ｉ］）は、階層ｉに属する三次元点の数を示す。なお、三次元データ符号化装置は、三次元点の総数を示す三次元点総数情報（ＡｌｌＮｕｍＯｆＰｏｉｎｔ）を別のヘッダに付加してもよい。この場合、三次元データ符号化装置は、最下層に属する三次元点の数を示すＮｕｍＯｆＰｏｉｎｔ［ＮｕｍＬｏＤ－１］をヘッダに付加しなくてもよい。この場合、三次元データ復号装置は、（式Ａ１５）によりＮｕｍＯｆＰｏｉｎｔ［ＮｕｍＬｏＤ－１］を算出できる。これにより、ヘッダの符号量を削減できる。
Figure 0007448519000004
階層閾値（Ｔｈｒｅｓ＿Ｌｏｄ［ｉ］）は、階層ｉの設定に用いられる閾値である。三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、ＬｏＤｉ内の各点の間の距離が閾値Ｔｈｒｅｓ＿ＬｏＤ［ｉ］より大きくなるようにＬｏＤｉを構成する。また、三次元データ符号化装置は、Ｔｈｒｅｓ＿Ｌｏｄ［ＮｕｍＬｏＤ－１］（最下層）の値をヘッダに付加しなくてもよい。この場合、三次元データ復号装置は、Ｔｈｒｅｓ＿Ｌｏｄ［ＮｕｍＬｏＤ－１］の値を０と推定する。これによりヘッダの符号量を削減できる。
周囲点数情報（ＮｕｍＮｅｉｇｈｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］）は、階層ｉに属する三次元点の予測値の生成に用いる周囲の点数の上限値を示す。三次元データ符号化装置は、周囲の点数ＭがＮｕｍＮｅｉｇｈｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］に満たない場合（Ｍ＜ＮｕｍＮｅｉｇｈｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］）は、Ｍ個の周囲の点数を用いて予測値を算出してもよい。また、三次元データ符号化装置は、各ＬｏＤでＮｕｍＮｅｉｇｈｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］の値を分ける必要がない場合は、全てのＬｏＤで使用される１個の周囲点数情報（ＮｕｍＮｅｉｇｈｏｒＰｏｉｎｔ）をヘッダに付加してもよい。
予測閾値（ＴＨｄ［ｉ］）は、階層ｉにて符号化又は復号対象の対象三次元点の予測に用いる周囲の三次元点と対象三次元点との距離の上限値を示す。三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、対象三次元点からの距離がＴＨｄ［ｉ］より離れている三次元点を予測に用いない。なお、三次元データ符号化装置は、各ＬｏＤでＴＨｄ［ｉ］の値を分ける必要がない場合は、全てのＬｏＤで使用される１個の予測閾値（ＴＨｄ）をヘッダに付加してもよい。
量子化スケール（ＱＳ［ｉ］）は、階層ｉの量子化及び逆量子化で用いられる量子化スケールを示す。
二値化閾値（Ｒ＿ＴＨ［ｉ］）は、階層ｉに属する三次元点の予測残差の二値化方法を切替えるための閾値である。例えば、三次元データ符号化装置は、予測残差が閾値Ｒ＿ＴＨより小さい場合は、固定ビット数で予測残差ｐｕを二値化し、予測残差が閾値Ｒ＿ＴＨ以上の場合は、閾値Ｒ＿ＴＨの二値化データと（ｐｕ－Ｒ＿ＴＨ）の値を指数ゴロムを用いて二値化する。なお、各ＬｏＤでＲ＿ＴＨ［ｉ］の値を切替える必要がない場合は、三次元データ符号化装置は、全てのＬｏＤで使用される１個の二値化閾値（Ｒ＿ＴＨ）をヘッダに付加してもよい。
なお、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］はｎｂｉｔで表せる最大値であってもよい。例えば６ｂｉｔではＲ＿ＴＨは６３であり、８ｂｉｔではＲ＿ＴＨは２５５である。また、三次元データ符号化装置は、二値化閾値としてｎｂｉｔで表せる最大値を符号化する代わりに、ビット数を符号化してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］＝６３の場合は値６を、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］＝２５５の場合は値８をヘッダに付加してもよい。また、三次元データ符号化装置は、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］を表すビット数の最小値（最小ビット数）を定義し、最小値からの相対ビット数をヘッダに付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］＝６３で最小ビット数が６の場合は値０をヘッダに付加し、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］＝２５５で最小ビット数が６の場合は値２をヘッダに付加してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ＮｕｍＬｏＤ、Ｔｈｒｅｓ＿Ｌｏｄ［ｉ］、ＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］、ＴＨｄ［ｉ］、ＱＳ［ｉ］及びＲ＿ＴＨ［ｉ］の少なくとも一つをエントロピー符号化してヘッダに付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、各値を二値化して算術符号化してもよい。また、三次元データ符号化装置は、処理量を抑えるために各値を固定長で符号化してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ＮｕｍＬｏＤ、Ｔｈｒｅｓ＿Ｌｏｄ［ｉ］、ＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］、ＴＨｄ［ｉ］、ＱＳ［ｉ］、及びＲ＿ＴＨ［ｉ］の少なくとも一つをヘッダに付加しなくてもよい。例えば、これらのうちの少なくとも一つの値が、規格等のｐｒｏｆｉｌｅ又はｌｅｖｅｌ等で規定されてもよい。これによりヘッダのビット量を削減することができる。
図５８は、本実施の形態に係る属性データ（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｄａｔａ）のシンタックス例を示す図である。この属性データは、複数の三次元点の属性情報の符号化データを含む。図５８に示すように属性データは、ｎビット符号（ｎ－ｂｉｔ ｃｏｄｅ）と、残り符号（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｃｏｄｅ）とを含む。
ｎビット符号は（ｎ－ｂｉｔ ｃｏｄｅ）は、属性情報の値の予測残差の符号化データ又はその一部である。ｎビット符号のビット長はＲ＿ＴＨ［ｉ］の値に依存する。例えばＲ＿ＴＨ［ｉ］の示す値が６３の場合、ｎビット符号は６ｂｉｔであり、Ｒ＿ＴＨ［ｉ］の示す値が２５５の場合、ｎビット符号は８ｂｉｔである。
残り符号（ｒｅｍａｉｎｉｎｇ ｃｏｄｅ）は、属性情報の値の予測残差の符号化データのうち、指数ゴロムで符号化された符号化データである。この残り符号は、ｎビット符号がＲ＿ＴＨ［ｉ］と同じ場合に符号化又は復号される。また、三次元データ復号装置は、ｎビット符号の値と残り符号の値を加算して予測残差を復号する。なお、ｎビット符号がＲ＿ＴＨ［ｉ］と同じ値でない場合は、残り符号は符号化又は復号されなくてもよい。
以下、三次元データ符号化装置における処理の流れを説明する。図５９は、三次元データ符号化装置による三次元データ符号化処理のフローチャートである。
まず、三次元データ符号化装置は、位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を符号化する（Ｓ３００１）。例えば、三次元データ符号化は、８分木表現を用いて符号化を行う。
三次元データ符号化装置は、位置情報の符号化後に、量子化等によって三次元点の位置が変化した場合に、変化後の三次元点に元の三次元点の属性情報を再割り当てする（Ｓ３００２）。例えば、三次元データ符号化装置は、位置の変化量に応じて属性情報の値を補間することで再割り当てを行う。例えば、三次元データ符号化装置は、変化後の三次元位置に近い変化前の三次元点をＮ個検出し、Ｎ個の三次元点の属性情報の値を重み付け平均する。例えば、三次元データ符号化装置は、重み付け平均において、変化後の三次元位置から各Ｎ個の三次元までの距離に基づいて重みを決定する。そして、三次元データ符号化装置は、重み付け平均により得られた値を変化後の三次元点の属性情報の値に決定する。また、三次元データ符号化装置は、量子化等によって２個以上の三次元点が同一の三次元位置に変化した場合は、その変化後の三次元点の属性情報の値として、変化前の２個以上の三次元点の属性情報の平均値を割当ててもよい。
次に、三次元データ符号化装置は、再割り当て後の属性情報（Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）を符号化する（Ｓ３００３）。例えば、三次元データ符号化装置は、複数種類の属性情報を符号化する場合は、複数種類の属性情報を順に符号化してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、属性情報として、色と反射率とを符号化する場合は、色の符号化結果の後に反射率の符号化結果を付加したビットストリームを生成してもよい。なお、ビットストリームに付加される属性情報の複数の符号化結果の順番は、この順に限らず、どのような順番でもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ビットストリーム内の各属性情報の符号化データ開始場所を示す情報をヘッダ等に付加してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、復号が必要な属性情報を選択的に復号できるので、復号が不必要な属性情報の復号処理を省略できる。よって、三次元データ復号装置の処理量を削減できる。また、三次元データ符号化装置は、複数種類の属性情報を並列に符号化し、符号化結果を１つのビットストリームに統合してもよい。これにより、三次元データ符号化装置は、高速に複数種類の属性情報を符号化できる。
図６０は、属性情報符号化処理（Ｓ３００３）のフローチャートである。まず、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤを設定する（Ｓ３０１１）。つまり、三次元データ符号化装置は、各三次元点を複数のＬｏＤのいずれかに割り当てる。
次に、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ単位のループを開始する（Ｓ３０１２）。つまり、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎にステップＳ３０１３～Ｓ３０２１の処理を繰り返し行う。
次に、三次元データ符号化装置は、三次元点単位のループを開始する（Ｓ３０１３）。つまり、三次元データ符号化装置は、三次元点毎にステップＳ３０１４～Ｓ３０２０の処理を繰り返し行う。
まず、三次元データ符号化装置は、処理対象の対象三次元点の予測値の算出に用いる、対象三次元点の周囲に存在する三次元点である複数の周囲点を探索する（Ｓ３０１４）。次に、三次元データ符号化装置は、複数の周囲点の属性情報の値の重み付け平均を算出し、得られた値を予測値Ｐに設定する（Ｓ３０１５）。次に、三次元データ符号化装置は、対象三次元点の属性情報と予測値との差分である予測残差を算出する（Ｓ３０１６）。次に、三次元データ符号化装置は、予測残差を量子化することで量子化値を算出する（Ｓ３０１７）。次に、三次元データ符号化装置は、量子化値を算術符号化する（Ｓ３０１８）。
また、三次元データ符号化装置は、量子化値を逆量子化することで逆量子化値を算出する（Ｓ３０１９）。次に、三次元データ符号化装置は、逆量子化値に予測値を加算することで復号値を生成する（Ｓ３０２０）。次に、三次元データ符号化装置は、三次元点単位のループを終了する（Ｓ３０２１）。また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ単位のループを終了する（Ｓ３０２２）。
以下、上記の三次元データ符号化装置により生成されたビットストリームを復号する三次元データ復号装置における三次元データ復号処理について説明する。
三次元データ復号装置は、三次元データ符号化装置によって生成されたビットストリーム内の属性情報の二値化データを、三次元データ符号化装置と同様の方法で算術復号することで、復号された二値化データを生成する。なお、三次元データ符号化装置において、ｎビットで二値化した部分（ｎビット符号）と、指数ゴロムを用いて二値化した部分（残り符号）とで算術符号化の適用方法を切替えた場合は、三次元データ復号装置は、算術復号適用時に、それに合わせて復号を行う。
例えば、三次元データ復号装置は、ｎビット符号の算術復号方法において、ビット毎に異なる符号化テーブル（復号テーブル）を用いて算術復号を行う。この際、三次元データ復号装置は、ビット毎に使用する符号化テーブルの数を変えてもよい。例えば、ｎビット符号の先頭ビットｂ０には１個の符号化テーブルを用いて算術復号を行う。また、三次元データ復号装置は、次のビットｂ１に対しては２個の符号化テーブルを用いる。また、三次元データ復号装置は、ｂ０の値（０又は１）に応じてビットｂ１の算術復号に用いる符号化テーブルを切替える。同様に、三次元データ復号装置は、更に次のビットｂ２に対しては４個の符号化テーブルを用いる。また、三次元データ復号装置は、ｂ０及びｂ１の値（０～３）に応じて、ビットｂ２の算術復号に用いる符号化テーブルを切替える。
このように、三次元データ復号装置は、ｎビット符号の各ビットｂｎ－１を算術復号する際に、２ｎ－１個の符号化テーブルを用いる。また、三次元データ復号装置は、ｂｎ－１より前のビットの値（発生パターン）に応じて、使用する符号化テーブルを切替える。これにより、三次元データ復号装置は、ビット毎に適切な符号化テーブルを使用して符号化効率を向上したビットストリームを適切に復号できる。
なお、三次元データ復号装置は、各ビットで使用する符号化テーブルの数を削減してもよい。例えば、三次元データ復号装置は、各ビットｂｎ－１を算術復号する際に、ｂｎ－１より前のｍビット（ｍ＜ｎ－１）の値（発生パターン）に応じて２ｍ個の符号化テーブルを切替えてもよい。これにより、三次元データ復号装置は、各ビットで使用する符号化テーブルの数を抑えつつ、符号化効率を向上したビットストリームを適切に復号できる。なお、三次元データ復号装置は、各符号化テーブルにおける０と１の発生確率を、実際に発生した二値化データの値に応じて更新してもよい。また、三次元データ復号装置は、一部のビットの符号化テーブルにおける０と１の発生確率を固定化してもよい。これにより、発生確率の更新回数を抑制できるので処理量を削減できる。
例えば、ｎビット符号がｂ０ｂ１ｂ２…ｂｎ－１である場合、ｂ０用の符号化テーブルは１個（ＣＴｂ０）である。ｂ１用の符号化テーブルは２個（ＣＴｂ１０、ＣＴｂ１１）である。また、ｂ０の値（０～１）に応じて符号化テーブルが切替えられる。ｂ２用の符号化テーブルは４個（ＣＴｂ２０、ＣＴｂ２１、ＣＴｂ２２、ＣＴｂ２３）である。また、ｂ０及びｂ１の値（０～３）に応じて符号化テーブルが切替えられる。ｂｎ－１用の符号化テーブルは、２ｎ－１個（ＣＴｂｎ０、ＣＴｂｎ１、…、ＣＴｂｎ（２ｎ－１－１））である。また、ｂ０ｂ１…ｂｎ－２の値（０～２ｎ－１－１）に応じて符号化テーブルが切替えられる。
図６１は、例えば、残り符号が指数ゴロム符号である場合の処理を説明するための図である。三次元データ符号化装置が指数ゴロムを用いて二値化して符号化した部分（残り符号）は、図６１に示すようにｐｒｅｆｉｘ部とｓｕｆｆｉｘ部とを含む。例えば、三次元データ復号装置は、ｐｒｅｆｉｘ部とｓｕｆｆｉｘ部とで符号化テーブルを切替える。つまり、三次元データ復号装置は、ｐｒｅｆｉｘ部に含まれる各ビットを、ｐｒｅｆｉｘ用の符号化テーブルを用いて算術復号し、ｓｕｆｆｉｘ部に含まれる各ビットを、ｓｕｆｆｉｘ用の符号化テーブルを用いて算術復号する。
なお、三次元データ復号装置は、各符号化テーブルにおける０と１の発生確率を、復号時に発生した二値化データの値に応じて更新してもよい。または、三次元データ復号装置は、どちらかの符号化テーブルにおける０と１の発生確率を固定化してもよい。これにより、発生確率の更新回数を抑制できるので処理量を削減できる。例えば、三次元データ復号装置は、ｐｒｅｆｉｘ部に対して発生確率を更新し、ｓｕｆｆｉｘ部に対して発生確率を固定化してもよい。
また、三次元データ復号装置は、算術復号した予測残差の二値化データを、三次元データ符号化装置で用いられた符号化方法に合わせて多値化することで量子化後の予測残差（符号なし整数値）を復号する。三次元データ復号装置は、まずｎビット符号の二値化データを算術復号することで復号したｎビット符号の値を算出する。次に、三次元データ復号装置は、ｎビット符号の値とＲ＿ＴＨの値とを比較する。
三次元データ復号装置は、ｎビット符号の値とＲ＿ＴＨの値とが一致した場合、指数ゴロムで符号化されたビットが次に存在すると判定し、指数ゴロムで符号化された二値化データである残り符号を算術復号する。そして、三次元データ復号装置は、復号した残り符号から、残り符号とその値との関係を示す逆引きテーブルを用いて残り符号の値を算出する。図６２は、残り符号とその値との関係を示す逆引きテーブルの例を示す図である。次に、三次元データ復号装置は、得られた残り符号の値をＲ＿ＴＨに加算することで多値化された量子化後の予測残差を得る。
一方、三次元データ復号装置は、ｎビット符号の値とＲ＿ＴＨの値とが一致しない（Ｒ＿ＴＨより値が小さい）場合、ｎビット符号の値をそのまま、多値化された量子化後の予測残差に決定する。これにより、三次元データ復号装置は、三次元データ符号化装置で予測残差の値に応じて二値化方法を切替えて生成したビットストリームを適切に復号できる。
なお、三次元データ復号装置は、閾値Ｒ＿ＴＨがビットストリームのヘッダ等に付加されている場合は、閾値Ｒ＿ＴＨの値をヘッダから復号し、復号した閾値Ｒ＿ＴＨの値を用いて復号方法を切替えてもよい。また、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ毎に閾値Ｒ＿ＴＨがヘッダ等に付加されている場合、ＬｏＤ毎に復号した閾値Ｒ＿ＴＨを用いて復号方法を切替える。
例えば、閾値Ｒ＿ＴＨが６３であり、復号したｎビット符号の値が６３である場合、三次元データ復号装置は、残り符号を指数ゴロムにより復号することで残り符号の値を得る。例えば、図６２に示す例では、残り符号が００１００であり、残り符号の値として３が得られる。次に、三次元データ復号装置は、閾値Ｒ＿ＴＨの値６３と、残り符号の値３とを加算することで予測残差の値６６を得る。
また、復号したｎビット符号の値が３２である場合、三次元データ復号装置は、ｎビット符号の値３２を予測残差の値に設定する。
また、三次元データ復号装置は、復号した量子化後の予測残差を、例えば、三次元データ符号化装置における処理と逆の処理により、符号なし整数値から符号付整数値に変換する。これにより、三次元データ復号装置は、予測残差をエントロピー符号化する場合に、負の整数の発生を考慮せずに生成したビットストリームを適切に復号できる。なお、三次元データ復号装置は、必ずしも符号なし整数値を符号付整数値に変換する必要はなく、例えば符号ビットを別途エントロピー符号化して生成されたビットストリームを復号する場合は、符号ビットを復号してもよい。
三次元データ復号装置は、符号付整数値に変換した量子化後の予測残差を、逆量子化及び再構成によって復号することで復号値を生成する。また、三次元データ復号装置は、生成した復号値を、復号対象の三次元点以降の予測に利用する。具体的には、三次元データ復号装置は、量子化後の予測残差に、復号した量子化スケールを乗算することで逆量子化値を算出し、逆量子化値と予測値とを加算して復号値を得る。
復号された符号なし整数値（符号なし量子化値）は、以下の処理により符号付整数値に変換される。三次元データ復号装置は、復号された符号なし整数値ａ２ｕのＬＳＢ（ｌｅａｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｂｉｔ）が１である場合、符号付整数値ａ２ｑを－（（ａ２ｕ＋１）＞＞１）に設定する。三次元データ復号装置は、符号なし整数値ａ２ｕのＬＳＢが１でない場合、符号付整数値ａ２ｑを（ａ２ｕ＞＞１）に設定する。
同様に、三次元データ復号装置は、復号された符号なし整数値ｂ２ｕのＬＳＢが１である場合、符号付整数値ｂ２ｑを－（（ｂ２ｕ＋１）＞＞１）に設定する。三次元データ復号装置は、符号なし整数値ｎ２ｕのＬＳＢが１でない場合、符号付整数値ｂ２ｑを（ｂ２ｕ＞＞１）に設定する。
また、三次元データ復号装置による逆量子化及び再構成処理の詳細は、三次元データ符号化装置における逆量子化及び再構成処理と同様である。
以下、三次元データ復号装置における処理の流れを説明する。図６３は、三次元データ復号装置による三次元データ復号処理のフローチャートである。まず、三次元データ復号装置は、ビットストリームから位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を復号する（Ｓ３０３１）。例えば、三次元データ復号装置は、８分木表現を用いて復号を行う。
次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから属性情報（Ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）を復号する（Ｓ３０３２）。例えば、三次元データ復号装置は、複数種類の属性情報を復号する場合は、複数種類の属性情報を順に復号してもよい。例えば、三次元データ復号装置は、属性情報として色と反射率とを復号する場合は、ビットストリームに付加されている順に従い、色の符号化結果と反射率の符号化結果とを復号する。例えば、ビットストリームにおいて、色の符号化結果の後に反射率の符号化結果が付加されている場合、三次元データ復号装置は、色の符号化結果を復号し、その後に反射率の符号化結果を復号する。なお、三次元データ復号装置は、ビットストリームに付加される属性情報の符号化結果をどのような順番で復号してもよい。
また、三次元データ復号装置は、ビットストリーム内の各属性情報の符号化データ開始場所を示す情報を、ヘッダ等を復号することで取得してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、復号が必要な属性情報を選択的に復号できるので、復号が不必要な属性情報の復号処理を省略できる。よって、三次元データ復号装置の処理量を削減できる。また、三次元データ復号装置は、複数種類の属性情報を並列に復号し、復号結果を１つの三次元点群に統合してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、高速に複数種類の属性情報を復号できる。
図６４は、属性情報復号処理（Ｓ３０３２）のフローチャートである。まず、三次元データ復号装置は、ＬｏＤを設定する（Ｓ３０４１）。つまり、三次元データ復号装置は、復号された位置情報を有する複数の三次元点の各々を複数のＬｏＤのいずれかに割り当てる。例えば、この割り当て方法は、三次元データ符号化装置で用いられた割り当て方法と同じ方法である。
次に、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ単位のループを開始する（Ｓ３０４２）。つまり、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ毎にステップＳ３０４３～Ｓ３０４９の処理を繰り返し行う。
次に、三次元データ復号装置は、三次元点単位のループを開始する（Ｓ３０４３）。つまり、三次元データ復号装置は、三次元点毎にステップＳ３０４４～Ｓ３０４８の処理を繰り返し行う。
まず、三次元データ復号装置は、処理対象の対象三次元点の予測値の算出に用いる、対象三次元点の周囲に存在する三次元点である複数の周囲点を探索する（Ｓ３０４４）。次に、三次元データ復号装置は、複数の周囲点の属性情報の値の重み付け平均を算出し、得られた値を予測値Ｐに設定する（Ｓ３０４５）。なお、これらの処理は三次元データ符号化装置における処理と同様である。
次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから量子化値を算術復号する（Ｓ３０４６）。また、三次元データ復号装置は、復号した量子化値を逆量子化することで逆量子化値を算出する（Ｓ３０４７）。次に、三次元データ復号装置は、逆量子化値に予測値を加算することで復号値を生成する（Ｓ３０４８）。次に、三次元データ復号装置は、三次元点単位のループを終了する（Ｓ３０４９）。また、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ単位のループを終了する（Ｓ３０５０）。
次に、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置の構成を説明する。図６５は、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置３０００の構成を示すブロック図である。この三次元データ符号化装置３０００は、位置情報符号化部３００１と、属性情報再割り当て部３００２と、属性情報符号化部３００３とを備える。
属性情報符号化部３００３は、入力点群に含まれる複数の三次元点の位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を符号化する。属性情報再割り当て部３００２は、入力点群に含まれる複数の三次元点の属性情報の値を、位置情報の符号化及び復号結果を用いて再割り当てする。属性情報符号化部３００３は、再割り当てされた属性情報（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）を符号化する。また、三次元データ符号化装置３０００は、符号化された位置情報及び符号化された属性情報を含むビットストリームを生成する。
図６６は、本実施の形態に係る三次元データ復号装置３０１０の構成を示すブロック図である。この三次元データ復号装置３０１０は、位置情報復号部３０１１と、属性情報復号部３０１２とを含む。
位置情報復号部３０１１は、ビットストリームから複数の三次元点の位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を復号する。属性情報復号部３０１２は、ビットストリームから複数の三次元点の属性情報（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ）を復号する。また、三次元データ復号装置３０１０は、復号した位置情報と復号した属性情報とを結合することで出力点群を生成する。
以上のように、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置は、図６７に示す処理を行う。三次元データ符号化装置は、属性情報を有する三次元点を符号化する。まず、三次元データ符号化装置は、三次元点の属性情報の予測値を算出する（Ｓ３０６１）。次に、三次元データ符号化装置は、三次元点の属性情報と、予測値との差分である予測残差を算出する（Ｓ３０６２）。次に、三次元データ符号化装置は、予測残差を二値化することで二値データを生成する（Ｓ３０６３）。次に、三次元データ符号化装置は、二値データを算術符号化する（Ｓ３０６４）。
これによれば、三次元データ符号化装置は、属性情報の予測残差を算出し、さらに、当該予測残差を二値化及び算術符号化することで、属性情報の符号化データの符号量を削減できる。
例えば、算術符号化（Ｓ３０６４）では、三次元データ符号化装置は、二値データのビット毎に異なる符号化テーブルを用いる。これによれば、三次元データ符号化装置は、符号化効率を向上できる。
例えば、算術符号化（Ｓ３０６４）では、二値データの下位ビットほど、使用する符号化テーブルの数が多い。
例えば、算術符号化（Ｓ３０６４）では、三次元データ符号化装置は、二値データに含まれる対象ビットの上位ビットの値に応じて、対象ビットの算術符号化に使用する符号化テーブルを選択する。これによれば、三次元データ符号化装置は、上位ビットの値に応じて符号化テーブルを選択できるので符号化効率を向上できる。
例えば、三次元データ符号化装置は、二値化（Ｓ３０６３）では、予測残差が閾値（Ｒ＿ＴＨ）より小さい場合、固定ビット数で予測残差を二値化することで二値データを生成し、予測残差が閾値（Ｒ＿ＴＨ）以上である場合、閾値（Ｒ＿ＴＨ）を示す固定ビット数の第１符号（ｎビット符号）と、予測残差から閾値（Ｒ＿ＴＨ）を減算した値を指数ゴロムで二値化した第２符号（残り符号）とを含む二値データを生成する。三次元データ符号化装置は、算術符号化（Ｓ３０６４）では、第１符号と第２符号とに異なる算術符号化方法を用いる。
これによれば、三次元データ符号化装置は、例えば、第１符号と第２符号との各々に適した算術符号化方法により第１符号と第２符号を算術符号化できるので符号化効率を向上できる。
例えば、三次元データ符号化装置は、予測残差を量子化し、二値化（Ｓ３０６３）では、量子化された予測残差を二値化する。閾値（Ｒ＿ＴＨ）は、量子化における量子化スケールに応じて変更される。これによれば、三次元データ符号化装置は、量子化スケールに応じた適切な閾値を用いることができるので符号化効率を向上できる。
例えば、第２符号は、ｐｒｅｆｉｘ部と、ｓｕｆｆｉｘ部とを含む。三次元データ符号化装置は、算術符号化（Ｓ３０６４）では、ｐｒｅｆｉｘ部とｓｕｆｆｉｘ部とに異なる符号化テーブルを用いる。これによれば、三次元データ符号化装置は、符号化効率を向上できる。
例えば、三次元データ符号化装置は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
また、本実施の形態に係る三次元データ復号装置は、図６８に示す処理を行う。三次元データ復号装置は、属性情報を有する三次元点を復号する。まず、三次元データ復号装置は、三次元点の属性情報の予測値を算出する（Ｓ３０７１）。次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームに含まれる符号化データを算術復号することで二値データを生成する（Ｓ３０７２）。次に、三次元データ復号装置は、二値データを多値化することで予測残差を生成する（Ｓ３０７３）。次に、三次元データ復号装置は、予測値と予測残差とを加算することで、三次元点の属性情報の復号値を算出する（Ｓ３０７４）。
これによれば、三次元データ復号装置は、属性情報の予測残差を算出し、さらに、当該予測残差を二値化及び算術符号化することで生成された属性情報のビットストリームを適切に復号できる。
例えば、算術復号（Ｓ３０７２）では、三次元データ復号装置は、二値データのビット毎に異なる符号化テーブルを用いる。これによれば、三次元データ復号装置は、符号化効率が向上されたビットストリームを適切に復号できる。
例えば、算術復号（Ｓ３０７２）では、二値データの下位ビットほど、使用する符号化テーブルの数が多い。
例えば、算術復号（Ｓ３０７２）では、三次元データ復号装置は、二値データに含まれる対象ビットの上位ビットの値に応じて、対象ビットの算術復号に使用する符号化テーブルを選択する。これによれば、三次元データ復号装置は、符号化効率が向上されたビットストリームを適切に復号できる。
例えば、三次元データ復号装置は、多値化（Ｓ３０７３）では、二値データに含まれる固定ビット数の第１符号（ｎビット符号）を多値化することで第１の値を生成する。三次元データ復号装置は、第１の値が閾値（Ｒ＿ＴＨ）より小さい場合、第１の値を予測残差に決定し、第１の値が閾値（Ｒ＿ＴＨ）以上の場合、二値データに含まれる指数ゴロム符号である第２符号（残り符号）を多値化することで第２の値を生成し、第１の値と第２の値とを加算することで予測残差を生成する。三次元データ復号装置は、算術復号（Ｓ３０７２）では、第１符号と第２符号とに異なる算術復号方法を用いる。
これによれば、三次元データ復号装置は、符号化効率が向上されたビットストリームを適切に復号できる。
例えば、三次元データ復号装置は、予測残差を逆量子化し、加算（Ｓ３０７４）では、予測値と、逆量子化された予測残差とを加算する。閾値（Ｒ＿ＴＨ）は、逆量子化における量子化スケールに応じて変更される。これによれば、三次元データ復号装置は、符号化効率が向上されたビットストリームを適切に復号できる。
例えば、第２符号は、ｐｒｅｆｉｘ部と、ｓｕｆｆｉｘ部とを含む。三次元データ復号装置は、算術復号（Ｓ３０７２）では、ｐｒｅｆｉｘ部とｓｕｆｆｉｘ部とに異なる符号化テーブルを用いる。これによれば、三次元データ復号装置は、符号化効率が向上されたビットストリームを適切に復号できる。
例えば、三次元データ復号装置は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
（実施の形態９）
実施の形態８とは別の手法で予測値を生成してもよい。以下では、符号化対象の三次元点を第１三次元点と称し、その周囲の三次元点を第２三次元点と称する場合がある。
例えば、三次元点の属性情報の予測値の生成において、符号化対象の三次元点の符号化済みかつ復号済みの周囲の三次元点のうち、最も距離が近い三次元点の属性値をそのまま予測値として生成しても構わない。また、予測値の生成では、予測モード情報（ＰｒｅｄＭｏｄｅ）を三次元点毎に付加し、複数の予測値から１つの予測値を選択することで予測値を生成できるようにしても構わない。つまり、例えば、総数Ｍの予測モードにおいて、予測モード０に平均値、予測モード１に三次元点Ａの属性値、・・・、予測モードＭ－１に三次元点Ｚの属性値を割り当て、予測に使用した予測モードを三次元点毎にビットストリームに付加することが考えられる。このように、周囲の三次元点の属性情報の平均が予測値として算出される第１予測モードを示す第１予測モード値は、周囲の三次元点の属性情報そのものが予測値として算出される第２予測モードを示す第２予測モード値よりも小さくてもよい。ここで、予測モード０において算出される予測値である「平均値」は、符号化対象の三次元点の周囲の三次元点の属性値の平均値である。
図６９は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第１の例を示す図である。図７０は、実施の形態９に係る予測値に用いる属性情報の例を示す図である。図７１は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第２の例を示す図である。
予測モード数Ｍは、ビットストリームに付加されても構わない。また、予測モード数Ｍは、ビットストリームに付加されずに規格のｐｒｏｆｉｌｅ、ｌｅｖｅｌ等で値が規定されても構わない。また、予測モード数Ｍは、予測に用いる三次元点数Ｎから算出された値が用いられても構わない。例えば予測モード数Ｍは、Ｍ＝Ｎ＋１により算出されても構わない。
なお、図６９に示されるテーブルは、予測に用いる三次元点数Ｎ＝４、かつ、予測モード数Ｍ＝５の場合の例である。点ｂ２の属性情報の予測値は、点ａ０、ａ１、ａ２、ｂ１の属性情報を用いて生成され得る。複数の予測モードから１つの予測モードを選択する場合、点ｂ２からの各点ａ０、ａ１、ａ２、ｂ１までの距離情報を元に、各点ａ０、ａ１、ａ２、ｂ１の属性値を予測値として生成する予測モードを選択してもよい。予測モードは、符号化対象の三次元点毎に付加される。予測値は、付加された予測モードに応じた値に応じて算出される。
図７１に示されるテーブルは、図６９と同様に、予測に用いる三次元点数Ｎ＝４、かつ、予測モード数Ｍ＝５の場合の例である。点ａ２の属性情報の予測値は、点ａ０、ａ１の属性情報を用いて生成され得る。複数の予測モードから１つの予測モードを選択する場合、点ａ２のからの各店ａ０、ａ１までの距離情報を元に、各点ａ０、ａ１の属性値を予測値として生成する予測モードを選択してもよい。予測モードは、符号化対象の三次元点毎に付加される。予測値は、付加された予測モードに応じた値に応じて算出される。
なお、上記の点ａ２のように隣接点数、つまり、周囲の三次元点数Ｎが４個に満たない場合、テーブルにおいて予測値が未割当てである予測モードをｎｏｔ ａｖａｉｌａｂｌｅとしてもよい。
なお、予測モードの値の割当ては、符号化対象の三次元点からの距離順で決定しても構わない。例えば、複数の予測モードを示す予測モード値は、予測値として用いる属性情報を有する周囲の三次元点までの符号化対象の三次元点からの距離が近いほど小さい。図６９の例では、点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０の順に符号化対象の三次元点である点ｂ２への距離が近いことが示される。例えば、予測値の算出では、２以上の予測モードのうちの予測モード値が「１」で示される予測モードにおいて点ｂ１の属性情報を予測値として算出し、予測モード値が「２」で示される予測モードにおいて点ａ２の属性情報を予測値として算出する。このように、点ｂ１の属性情報を予測値として算出する予測モードを示す予測モード値は、点ｂ２からの距離が点ｂ１よりも遠い位置にある点ａ２の属性情報を予測値として算出する予測モードを示す予測モード値よりも小さい。
これにより、距離が近いため予測が当たりやすく選ばれやすい可能性のある点に小さい予測モード値を割り振ることができ、予測モード値を符号化するためのビット数を削減することができる。また、符号化対象の三次元点と同一のＬｏＤに属する三次元点に優先的に小さい予測モード値を割当ててもよい。
図７２は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第３の例を示す図である。具体的には、第３の例は、予測値に用いられる属性情報が周囲の三次元点の色情報（ＹＵＶ）による値である場合の例である。このように、予測値に用いられる属性情報は、三次元点の色を示す色情報であってもよい。
図７２に示されるように、予測モード値が「０」で示される予測モードにおいて算出される予測値は、ＹＵＶ色空間を定義するＹＵＶそれぞれの成分の平均である。具体的には、当該予測値は、点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０にそれぞれ対応するＹ成分の値であるＹｂ１、Ｙａ２、Ｙａ１、Ｙａ０の重み付き平均Ｙａｖｅと、点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０にそれぞれ対応するＵ成分の値であるＵｂ１、Ｕａ２、Ｕａ１、Ｕａ０の重み付き平均Ｕａｖｅと、点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０にそれぞれ対応するＶ成分の値であるＶｂ１、Ｖａ２、Ｖａ１、Ｖａ０の重み付き平均Ｖａｖｅと、を含む。また、予測モード値が「１」～「４」で示される予測モードにおいて算出される予測値は、それぞれ、周囲の三次元点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０の色情報を含む。色情報は、Ｙ成分、Ｕ成分およびＶ成分の値の組み合わせで示される。
なお、図７２では、色情報は、ＹＵＶ色空間で定義される値で示されているが、ＹＵＶ色空間に限らずに、ＲＧＢ色空間で定義される値で示されてもよいし、他の色空間で定義される値で示されてもよい。
このように、予測値の算出では、予測モードの予測値として、２以上の平均または属性情報を算出してもよい。また、２以上の平均または属性情報は、それぞれ、色空間を定義する２以上の成分の値を示していてもよい。
なお、例えば、図７２のテーブルにおいて予測モード値が「２」で示される予測モードが選択された場合、符号化対象の三次元点の属性値のＹ成分、Ｕ成分およびＶ成分をそれぞれ予測値Ｙａ２，Ｕａ２，Ｖａ２として用いて符号化してもよい。この場合、予測モード値としての「２」がビットストリームに付加される。
図７３は、実施の形態９に係る各予測モードにおいて算出される予測値を示すテーブルの第４の例を示す図である。具体的には、第４の例は、予測値に用いられる属性情報が周囲の三次元点の反射率情報による値である場合の例である。反射率情報は、例えば、反射率Ｒを示す情報である。
図７３に示されるように、予測モード値が「０」で示される予測モードにおいて算出される予測値は、点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０にそれぞれ対応する反射率Ｒｂ１、Ｒａ２、Ｒａ１、Ｒａ０の重み付き平均Ｒａｖｅである。また、予測モード値が「１」～「４」で示される予測モードにおいて算出される予測値は、それぞれ、周囲の三次元点ｂ１、ａ２、ａ１、ａ０の反射率Ｒｂ１、Ｒａ２、Ｒａ１、Ｒａ０である。
なお、例えば、図７３のテーブルにおいて予測モード値が「３」で示される予測モードが選択された場合、符号化対象の三次元点の属性値の反射率を予測値Ｒａ１として用いて符号化してもよい。この場合、予測モード値としての「３」がビットストリームに付加される。
図７２および図７３で示されるように、属性情報は、第１属性情報と、第１属性情報とは異なる種類の第２属性情報とを含んでいてもよい。第１属性情報は、例えば、色情報である。第２属性情報は、例えば、反射率情報である。予測値の算出では、第１属性情報を用いて第１予測値を算出し、かつ、第２属性情報を用いて第２予測値を算出してもよい。
（実施の形態１０）
三次元点の属性情報をＬｏＤの情報を用いて符号化する別の例として、ＬｏＤの上位層に含まれる三次元点から順に複数の三次元点を符号化する方法を説明する。例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤｎに含まれる三次元点の属性値（属性情報）の予測値を算出する場合に、どのＬｏＤに含まれる三次元点の属性値を参照してもよいかを、フラグ等を用いて切替えてもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、符号化対象の対象三次元点と同一のＬｏＤ内の他の三次元点の参照を許可するか否かを示す情報であるＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ（同一層参照許可フラグ）を生成する。例えば、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが値１の場合は、同一ＬｏＤ内の参照が許可され、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが値０の場合は、同一ＬｏＤ内の参照は禁止される。
例えば、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤに基づいて対象三次元点の周囲の三次元点を選択し、選択された周囲の三次元点のうち、予め定められたＮ個以下の三次元点の属性値の平均を算出することで対象三次元点の属性情報の予測値を生成する。また、三次元データ符号化装置は、Ｎの値をビットストリームのヘッダ等に付加する。なお、三次元データ符号化装置は、Ｎの値を、予測値を生成する三次元点ごとに付加してもよい。これにより、予測値を生成する三次元点ごとに適切なＮを選択できるので、予測値の精度を向上して予測残差を小さくできる。
または、三次元データ符号化装置は、Ｎの値をビットストリームのヘッダに付加し、ビットストリーム内でＮの値を固定してもよい。これにより、三次元点ごとにＮの値を符号化、又は復号する必要がなくなり、処理量を削減できる。
または、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎にＮの値を示す情報を別々に符号化してもよい。これにより、ＬｏＤ毎に適切なＮの値を選択することで符号化効率を向上できる。なお、三次元データ符号化装置は、三次元点の属性情報の予測値を、周囲のＮ個の三次元点の属性情報の重み付け平均値から算出してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、対象三次元点とＮ個の三次元点とのそれぞれの距離情報を用いて重みを算出する。
このように、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤは、同一ＬｏＤ内の三次元点の参照を許可するか否かを示す情報である。例えば、値１は参照可能を示し、値０は参照不可を示す。なお、値１の場合、同一ＬｏＤ内の三次元点のうち、既に符号化又は復号済みの三次元点が参照可能であってもよい。
図７４は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ＝０の場合の参照関係の例を示す図である。ＬｏＤＮに含まれる点Ｐの予測値は、ＬｏＤＮより上層のＬｏＤＮ’（Ｎ’＜Ｎ）に含まれる再構成値Ｐ’を用いて生成される。ここで、再構成値Ｐ’とは、符号化及び復号済みの属性値（属性情報）である。例えば、距離に基づく隣接点の再構成値Ｐ’が用いられる。
また、図７４に示す例では、例えばｂ２の予測値は、ａ０、ａ１、ａ２の属性値のいずれかを用いて生成される。ｂ０、ｂ１が符号化及び復号済みの場合でも、ｂ０、ｂ１の参照は禁止される。
これにより、三次元点データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、ｂ２の予測値を、ｂ０、ｂ１の符号化又は復号処理が完了することを待たずに生成できる。つまり、三次元点データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、同一ＬｏＤ内の複数の三次元点の属性値に対する複数の予測値を並列に算出できるので処理時間を削減できる。
図７５は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ＝１の場合の参照関係の例を示す図である。ＬｏＤＮに含まれる点Ｐの予測値は、ＬｏＤＮと同層又は上層のＬｏＤＮ’（Ｎ’≦Ｎ）に含まれる再構成値Ｐ’を用いて生成される。ここで、再構成値Ｐ’とは、符号化及び復号済みの属性値（属性情報）である。例えば、距離に基づく隣接点の再構成値Ｐ’が用いられる。
また、図７５に示す例では、例えばｂ２の予測値は、ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１の属性値のいずれかを用いて生成される。つまり、ｂ０、ｂ１が既に符号化及び復号済みの場合に参照可能である。
これにより、三次元データ符号化装置は、ｂ２の予測値を、多くの隣接三次元点の属性情報を用いて生成できる。よって、予測精度が向上し、符号化効率が改善する。
以下、三次元点の属性情報の予測値生成に用いるＮ個の三次元点を選択する際に、その探索回数を制限する手法について説明する。これにより、処理量を削減できる。
例えば、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ（探索点数情報）が定義される。ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔは、ＬｏＤ内の三次元点群から予測に用いるＮ個の三次元点を選択する際の探索回数を示す。例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤに含まれる計Ｔ個の三次元点からＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数と同一の個数の三次元点を選択し、選択した三次元点の中から予測に用いるＮ個の三次元点を選択してもよい。これにより、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤに含まれるＴ個全ての三次元点を探索する必要がなくなるので、処理量を削減できる。
なお、三次元データ符号化装置は、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔの値の選択方法を、参照するＬｏＤの位置に応じて切替えてもよい。例を下記に示す。
例えば、三次元データ符号化装置は、参照するＬｏＤである参照ＬｏＤが対象三次元点の属するＬｏＤより上位階層である場合、参照ＬｏＤに含まれる三次元点のうち対象三次元点に距離が最も近い三次元点Ａを探索する。次に、三次元データ符号化装置は、三次元点Ａの前後に隣接するＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数の三次元点を選択する。これにより、三次元データ符号化装置は、対象三次元点に距離が近い上位層の三次元点を効率よく探索できるので予測効率を向上できる。
例えば、三次元データ符号化装置は、参照ＬｏＤが対象三次元点の属するＬｏＤと同一層である場合、対象三次元点よりも先に符号化及び復号されたＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数の三次元点を選択する。例えば、三次元データ符号化装置は、対象三次元点の直前に符号化及び復号されたＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数の三次元点を選択する。
これにより、三次元データ符号化装置は、低処理量でＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数の三次元点を選択できる。なお、三次元データ符号化装置は、対象三次元点より先に符号化及び復号された三次元点の中から対象三次元点に距離が近い三次元点Ｂを選択し、三次元点Ｂの前後に隣接するＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数の三次元点を選択してもよい。これにより、三次元データ符号化装置は、対象三次元点に距離が近い同一層の三次元点を効率よく探索できるので予測効率を向上できる。
また、三次元データ符号化装置は、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数の三次元点から予測に利用するＮ個の三次元点を選択する際に、例えば、対象三次元点に距離が近い上位Ｎ個の三次元点を選択してもよい。これにより予測精度を向上できるので符号化効率を改善できる。
なお、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔをＬｏＤ毎に用意し、ＬｏＤ毎に探索回数を変えてもよい。図７６は、ＬｏＤ毎に探索回数を設定する例を示す図である。例えば、図７６のように、ＬｏＤ０用のＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［ＬｏＤ０］＝３とＬｏＤ１用のＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［ＬｏＤ１］＝２とが定義される。このように、ＬｏＤ毎に探索回数を切替えることで処理量と符号化効率とのバランスをとることができる。
図７６に示す例では、ｂ２の予測に用いる三次元点として、ＬｏＤ０からａ０、ａ１及びａ２が選択され、ＬｏＤ１からｂ０及びｂ１が選択される。選択されたａ０、ａ１、ａ２、ｂ０及びｂ１の中からＮ個の三次元点が選択され、選択されたＮ個の三次元点を用いて予測値が生成される。
また、ＬｏＤＮに含まれる点Ｐの予測値は、ＬｏＤＮと同層又は上層のＬｏＤＮ’（Ｎ’≦Ｎ）に含まれる再構成値Ｐ’を用いて生成される。ここで、再構成値Ｐ’とは、符号化及び復号済みの属性値（属性情報）である。例えば、距離に基づく隣接点の再構成値Ｐ’が用いられる。
また、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔは、全てのＬｏＤの探索回数の総数を示してもよい。例えば、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ＝５である場合において、ＬｏＤ０で３回探索が行われた場合には、ＬｏＤ１では残りの２回探索可能である。これにより、探索回数のワースト回数を保障できるので、処理時間を安定化できる。
三次元データ符号化装置は、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔをヘッダ等に付加してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、ヘッダからＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔを復号することで、三次元データ符号化装置と同一の予測値を生成でき、ビットストリームを適切に復号できる。また、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔは必ずしもヘッダに付加される必要はなく、例えば、ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔの値が規格等のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）又はレベル（ｌｅｖｅｌ）等で規定されてもよい。これにより、ヘッダのビット量を削減できる。
ＬｏＤｎに含まれる三次元点の属性値の予測値を算出する場合に、下記ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤを定義してもよい。これにより、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ（参照許可層情報）を参照して、どのＬｏＤに含まれる三次元点の属性値を参照してよいかを判定できる。
ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤは、対象三次元点がＬｏＤｎに属する場合に、対象三次元点がＬｏＤ（ｎ－ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ）以上の階層の三次元点を参照することを許可するか否かを示す情報である。例えば、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝０であれば、ＬｏＤｎ及びＬｏＤｎよりも上位階層に含まれる三次元点の参照が許可される。ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝１であれば、ＬｏＤｎ－１以上の上位階層に含まれる三次元点の参照が許可される。また、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝２であれば、ＬｏＤｎ－２以上の上位階層に含まれる三次元点の参照が許可される。このようにＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤの設定値に応じて参照可能なＬｏＤの階層を設定できるので、並列処理可能な階層を制御することで符号化効率と処理時間とのバランスをとることが可能となる。なお、各層に含まれる既に符号化又は復号済みの三次元点が参照可能であってもよい。
図７７は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝０の場合の参照関係を示す図である。図７７に示すように、例えばｃ２の予測値は、ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１、ｂ２、ｃ０、ｃ１の属性値のいずれかを用いて生成される。各三次元点は既に符号化又は復号済みの場合に参照可能であってもよい。これにより、ｃ２の予測値が、より多くの隣接三次元点の属性情報を用いて生成されるため、予測精度を向上し、符号化効率を改善できる。
図７８は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝１の場合の参照関係を示す図である。図７８に示すように、例えばｃ２の予測値は、ａ０、ａ１、ａ２、ｂ０、ｂ１、ｂ２の属性値のいずれかを用いて生成される。ｃ０、ｃ１は符号化又は復号済みでも参照が禁止される。これにより、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、ｃ２の予測値をｃ０、ｃ１の符号化又は復号処理が完了することを待たずに生成できる。つまり、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、同一ＬｏＤ内の三次元点の属性値に対する予測値を並列に算出できるので、処理時間を削減できる。
図７９は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝２の場合の参照関係を示す図である。図７９に示すように、例えばｃ２の予測値は、ａ０、ａ１、ａ２の属性値のいずれかを用いて生成される。ｃ０、ｃ１、ｂ０、ｂ１、ｂ２は符号化又は復号済みでも参照が禁止される。これにより、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、ｃ２の予測値をｃ０、ｃ１、ｂ０、ｂ１、ｂ２の符号化又は復号処理が完了することを待たずに生成できる。つまり、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置は、ＬｏＤ１とＬｏＤ２の三次元点の属性値に対する予測値を並列に算出できるので、処理時間を削減できる。
図８０は、本実施の形態に係る属性情報ヘッダ（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｈｅａｄｅｒ）のシンタックス例を示す図である。属性情報ヘッダは属性情報のヘッダ情報である。図８０に示すように、属性情報ヘッダは、同一層参照許可フラグ（ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ）と、階層数情報（ＮｕｍＬｏＤ）と、探索点数情報（ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［ｉ］）と、周囲点数情報（ＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］）とを含む。
ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤは、対象三次元点と同一のＬｏＤ内の三次元点の参照を許可するか否かを示す情報である。例えば、値１は参照可能を示し、値０は参照不可（参照禁止）を示す。なお、値１の場合、同一ＬｏＤ内の三次元点のうち、既に符号化又は復号済みの三次元点が参照可能であってもよい。ＮｕｍＬｏＤは、用いられるＬｏＤの階層数を示す。
ＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［ｉ］は、ｉ番目のＬｏＤ内の三次元点群から予測に用いるＮ個の三次元点を選択する際の探索回数を示す。例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤに含まれる計Ｔ個の三次元点からＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔで示される数と同一の個数の三次元点を選択し、選択した三次元点の中から予測に用いるＮ個の三次元点を選択してもよい。これにより、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤに含まれるＴ個全ての三次元点を探索する必要がなくなるので、処理量を削減できる。
ＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］は、階層ｉに属する三次元点の予測値の生成に用いる周囲の点数の上限値Ｎを示す。三次元データ符号化装置は、周囲の三次元点の数ＭがＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］に満たない場合（Ｍ＜ＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］）は、Ｍ個の周囲の三次元点を用いて予測値を算出してもよい。また、三次元データ符号化装置は、各ＬｏＤでＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔ［ｉ］の値を分ける必要がない場合は、全てのＬｏＤで使用される１個のＮｕｍＮｅｉｇｈｂｏｒＰｏｉｎｔをヘッダに付加してもよい。
三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ、及びＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔを、エントロピー符号化してヘッダに付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、各値を二値化したうえで算術符号化する。また、三次元データ符号化装置は、処理量を抑えるために固定長で符号化を行ってもよい。
また、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ、及びＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔは、必ずしもヘッダに付加される必要はなく、例えば規格等のプロファイル又はレベル等でこれらの値が規定されてもよい。これによりヘッダのビット量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ、及びＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔを、ＷＬＤ、ＳＰＣ又はボリューム単位で切替えるために、ＷＬＤ、ＳＰＣ又はボリュームのヘッダに付加してもよい。また、三次元データ符号化装置は、階層に応じて同一階層の参照を許可するか否かを示す情報をビットストリームに付加し、階層に応じて同一階層の参照を許可するか否かを切り替えてもよい。
属性値の符号化方式によってＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの設定値に制約が設けられてもよい。例えば、ＬｏＤの下位層内に含まれる三次元点の属性値の予測残差を一旦すべて算出し、その予測残差を上位層にフィードバックして符号化するような符号化方式Ｌが用いられる場合、同一層に含まれる三次元点は符号化又は復号処理が完了していないため予測値の生成に参照できない。このような符号化方式Ｌを用いる場合は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値を０に制約してもよい。また、そのような符号化方式Ｌを用いた場合にＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値が１であれば、三次元データ復号装置は、規格のコンフォーマンスエラーであると判断してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、符号化方式Ｌで符号化が行われたか否かを示す情報をビットストリームに付加し、符号化方式Ｌで符号化が行われなかった場合にＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値をビットストリームに付加し、符号化方式Ｌで符号化が行われた場合はＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤをビットストリームに付加しなくてもよい。これにより三次元データ復号装置は、符号化方式Ｌで符号化が行われたか否かを示す情報をヘッダから復号することで、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤがビットストリームに付加されているか否かを判断でき、ビットストリームを正しく復号できる。なお、符号化方式Ｌで符号化が行われていない場合は、三次元データ復号装置はヘッダのＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤを復号し、符号化方式Ｌで符号化が行われた場合は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値を０と推定してもよい。
なお、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤをヘッダに付加しなくてもよい。この場合、三次元データ復号装置は、処理対象のビットストリームが符号化方式Ｌで符号化が行われたビットストリームである場合はＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値を０と推定し、そうでなければＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値を１と推定して復号処理を行ってもよい。
図８１は、本実施の形態に係る属性情報ヘッダ（ａｔｔｒｉｂｕｔｅ＿ｈｅａｄｅｒ）の別のシンタックス例を示す図である。図８１に示す属性情報ヘッダは、図８０に示す属性情報ヘッダに対して、同一層参照許可フラグ（ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ）の代わりに、参照許可層情報（ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ）を含む。なお、他の情報の意味は図８０と同様である。
ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤは、対象三次元点がＬｏＤｎに属する場合に、ＬｏＤ（ｎ－ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ）以上の階層の三次元点の参照を許可するか否かを示す情報である。例えば、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝０であれば、ＬｏＤｎ及びＬｏＤｎよりも位階層に含まれる三次元点の参照が許可される。ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝１であれば、ＬｏＤｎ－１以上の上位階層に含まれる三次元点の参照が許可される。また、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ＝２であれば、ＬｏＤｎ－２以上の上位階層に含まれる三次元点の参照が許可される。このようにＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤの設定値に応じて参照可能なＬｏＤの階層を設定できるので、並列処理可能な階層を制御することで符号化効率と処理時間とのバランスをとることが可能となる。なお、各層に含まれる既に符号化又は復号済みの三次元点が参照可能であってもよい。
三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ、及びＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔを、エントロピー符号化してヘッダに付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、各値を二値化したうえで算術符号化する。また、三次元データ符号化装置は、処理量を抑えるために固定長で符号化を行ってもよい。
また、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ、及びＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔは、必ずしもヘッダに付加される必要はなく、例えば規格等のプロファイル又はレベル等でこれらの値が規定されてもよい。これによりヘッダのビット量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ、及びＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔを、ＷＬＤ、ＳＰＣ又はボリューム単位で切替えるために、ＷＬＤ、ＳＰＣ又はボリュームのヘッダに付加してもよい。
属性値の符号化方式によってＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤの設定値に制約が設けられてもよい。例えば、上述した符号化方式Ｌを用いる場合は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤの値は１以上に制約されてもよい。また、符号化方式Ｌを用いた場合にＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤの値が０であれば、三次元データ復号装置は、規格のコンフォーマンスエラーであると判断してもよい。
図８２は、本実施の形態に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。まず、三次元データ符号化装置は、位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を符号化する（Ｓ６９０１）。例えば、三次元データ符号化装置は、８分木表現を用いて符号化を行う。
次に、三次元データ符号化装置は、属性情報を変換する（Ｓ６９０２）。例えば、三次元データ符号化装置は、位置情報の符号化後に、量子化等によって三次元点の位置が変化した場合に、変化後の三次元点に元の三次元点の属性情報を再割当てする。なお、三次元データ符号化装置は、位置の変化量に応じて属性情報の値を補間して再割当てを行ってもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、変化後の三次元位置に近い変化前の三次元点をＮ個検出し、Ｎ個の三次元点の属性情報の値を、変化後の三次元位置から各Ｎ個の三次元までの距離に基づいて重み付け平均し、得られた値を変化後の三次元点の属性情報の値に設定する。また、三次元データ符号化装置は、量子化等によって２個以上の三次元点が同一の三次元位置に変化した場合は、その変化後の属性情報の値として、変化前の２個以上の三次元点における属性情報の平均値を割当ててもよい。
次に、三次元データ符号化装置は、属性情報を符号化する（Ｓ６９０３）。例えば、三次元データ符号化装置は、複数の属性情報を符号化する場合は、複数の属性情報を順に符号化してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、属性情報として、色と反射率を符号化する場合は、色の符号化結果の後に反射率の符号化結果を付加したビットストリームを生成する。なお、ビットストリームに付加される属性情報の複数の符号化結果はどのような順番でもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ビットストリーム内の各属性情報の符号化データの開始場所を示す情報をヘッダ等に付加してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、復号が必要な属性情報を選択的に復号できるので、復号が不必要な属性情報の復号処理を省略できる。よって、三次元データ復号装置の処理量を削減できる。また、三次元データ符号化装置は、複数の属性情報を並列に符号化し、符号化結果を１つのビットストリームに統合してもよい。これにより、三次元データ符号化装置は、高速に複数の属性情報を符号化できる。
図８３は、属性情報符号化処理（Ｓ６９０３）のフローチャートである。まず、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤを設定する（Ｓ６９１１）。つまり、三次元データ符号化装置は、各三次元点を複数のＬｏＤのいずれかに割り当てる。
次に、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ単位のループを開始する（Ｓ６９１２）。つまり、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎にステップＳ６９１３～Ｓ６９２１の処理を繰り返し行う。
次に、三次元データ符号化装置は、三次元点単位のループを開始する（Ｓ６９１３）。つまり、三次元データ符号化装置は、三次元点毎にステップＳ６９１４～Ｓ６９２０の処理を繰り返し行う。
まず、三次元データ符号化装置は、処理対象の対象三次元点の予測値の算出に用いる、対象三次元点の周囲に存在する三次元点である複数の周囲点を探索する（Ｓ６９１４）。次に、三次元データ符号化装置は、複数の周囲点の属性情報の値の重み付け平均を算出し、得られた値を予測値Ｐに設定する（Ｓ６９１５）。次に、三次元データ符号化装置は、対象三次元点の属性情報と予測値との差分である予測残差を算出する（Ｓ６９１６）。次に、三次元データ符号化装置は、予測残差を量子化することで量子化値を算出する（Ｓ６９１７）。次に、三次元データ符号化装置は、量子化値を算術符号化する（Ｓ６９１８）。
また、三次元データ符号化装置は、量子化値を逆量子化することで逆量子化値を算出する（Ｓ６９１９）。次に、三次元データ符号化装置は、逆量子化値に予測値を加算することで復号値を生成する（Ｓ６９２０）。次に、三次元データ符号化装置は、三次元点単位のループを終了する（Ｓ６９２１）。また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ単位のループを終了する（Ｓ６９２２）。
図８４は、本実施の形態に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。まず、三次元データ復号装置は、ビットストリームから位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を復号する（Ｓ６９３１）。例えば、三次元データ復号装置は、８分木表現を用いて復号を行う。
次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから属性情報を復号する（Ｓ６９３２）。例えば、三次元データ復号装置は、複数の属性情報を復号する場合は、複数の属性情報を順に復号してもよい。例えば、三次元データ復号装置は、属性情報として、色と反射率を復号する場合は、ビットストリームに付加されている順に従い、色の符号化結果、及び反射率の符号化結果を復号する。例えば、ビットストリームにおいて、色の符号化結果の後に、反射率の符号化結果が付加されている場合、三次元データ復号装置は、色の符号化結果を復号し、その後に反射率の符号化結果を復号する。なお、三次元データ復号装置は、ビットストリームに付加される属性情報の符号化結果をどのような順番で復号してもよい。
また、三次元データ復号装置は、ビットストリーム内の各属性情報の符号化データの開始場所を示す情報をヘッダ等を復号することで取得してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、復号が必要な属性情報を選択的に復号できるので、復号が不必要な属性情報の復号処理を省略できる。よって、三次元データ復号装置の処理量を削減できる。また、三次元データ復号装置は、複数の属性情報を並列に復号し、復号結果を１つの三次元点群に統合してもよい。これにより、三次元データ復号装置は、高速に複数の属性情報を復号できる。
図８５は、属性情報復号処理（Ｓ６９３２）のフローチャートである。まず、三次元データ復号装置は、ＬｏＤを設定する（Ｓ６９４１）。つまり、三次元データ復号装置は、復号された位置情報を有する複数の三次元点の各々を複数のＬｏＤのいずれかに割り当てる。例えば、この割り当て方法は、三次元データ符号化装置で用いられた割り当て方法と同じ方法である。
次に、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ単位のループを開始する（Ｓ６９４２）。つまり、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ毎にステップＳ６９４３～Ｓ６９４９の処理を繰り返し行う。
次に、三次元データ復号装置は、三次元点単位のループを開始する（Ｓ６９４３）。つまり、三次元データ復号装置は、三次元点毎にステップＳ６９４４～Ｓ６９４８の処理を繰り返し行う。
まず、三次元データ復号装置は、処理対象の対象三次元点の予測値の算出に用いる、対象三次元点の周囲に存在する三次元点である複数の周囲点を探索する（Ｓ６９４４）。次に、三次元データ復号装置は、複数の周囲点の属性情報の値の重み付け平均を算出し、得られた値を予測値Ｐに設定する（Ｓ６９４５）。なお、これらの処理は三次元データ符号化装置における処理と同様である。
次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから量子化値を算術復号する（Ｓ６９４６）。また、三次元データ復号装置は、復号した量子化値を逆量子化することで逆量子化値を算出する（Ｓ６９４７）。次に、三次元データ復号装置は、逆量子化値に予測値を加算することで復号値を生成する（Ｓ６９４８）。次に、三次元データ復号装置は、三次元点単位のループを終了する（Ｓ６９４９）。また、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ単位のループを終了する（Ｓ６９５０）。
図８６は、周囲点探索処理（Ｓ６９１４）のフローチャートである。まず、三次元データ符号化装置は、対象三次元点が属する層よりも上位のＬｏＤ層に含まれるＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［上位ＬｏＤ］個の三次元点を選択し、選択した三次元点から予測値生成用のＮ個の三次元点を算出する（Ｓ６９６１）。次に、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが１であるかを判定する（Ｓ６９６２）。ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが１である場合（Ｓ６９６２でＹｅｓ）、三次元データ符号化装置は、対象三次元点が属する層と同一のＬｏＤ層に含まれるＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［同一ＬｏＤ］個の三次元点を選択し、予測値生成用のＮ個の三次元点を更新する（Ｓ６９６３）。例えば、三次元データ符号化装置は、ステップＳ６９６１で選択したＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［上位ＬｏＤ］個の三次元点と、ステップＳ６９６３で選択したＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［同一ＬｏＤ］個の三次元点とからＮ個の三次元点を算出する。
一方、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが０である場合（Ｓ６９６２でＮｏ）、ステップＳ６９６１で選択されたＮ個の三次元点がそのまま用いられる。
図８７は、周囲点探索処理（Ｓ６９１４）の別の例を示すフローチャートである。まず、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが１であるかを判定する（Ｓ６９７１）。ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが１である場合（Ｓ６９７１でＹｅｓ）、三次元データ符号化装置は、対象三次元点が属する層と同一のＬｏＤ層に含まれるＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［同一ＬｏＤ］個の三次元点を選択し、選択した三次元点から予測値生成用のＮ個の三次元点を算出する（Ｓ６９７２）。次に、三次元データ符号化装置は、対象三次元点が属する層よりも上位のＬｏＤ層に含まれるＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［上位ＬｏＤ］個の三次元点を選択し、予測値生成用のＮ個の三次元点を更新する（Ｓ６９７３）。例えば、三次元データ符号化装置は、ステップＳ６９７２で選択したＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［同一ＬｏＤ］個の三次元点と、ステップＳ６９７３で選択したＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［上位ＬｏＤ］個の三次元点とからＮ個の三次元点を算出する。
一方、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤが０である場合（Ｓ６９７１でＮｏ）、三次元データ符号化装置は、対象三次元点が属する層よりも上位のＬｏＤ層に含まれるＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ［上位ＬｏＤ］個の三次元点を選択し、選択した三次元点から予測値生成用のＮ個の三次元点を算出する（Ｓ６９７３）。
図８８は、周囲点探索処理（Ｓ６９１４）の別の例を示すフローチャートである。まず、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ（ｎ－ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｅｎｃｅＬｏＤ）以上の階層に含まれるＳｅａｒｃｈＮｕｍＰｏｉｎｔ個の三次元点を選択し、選択した三次元点から予測値生成用のＮ個の三次元点を算出する（Ｓ６９８１）。
なお、三次元データ復号装置における周囲点探索処理（Ｓ６９４４）も三次元データ符号化装置における周囲点探索処理（Ｓ６９１４）と同様である。
以上のように、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置は、図８９に示す処理を行う。三次元データ符号化装置は、点群データに含まれる複数の三次元点を、複数の三次元点の位置情報に基づき複数の階層（例えばＬｏＤ）に分類する（Ｓ６９９１）。次に、三次元データ符号化装置は、複数の三次元点に含まれる処理対象の三次元点に対して、処理対象の三次元点と同じ階層に属する他の三次元点の属性情報を参照することを許可するか否かを示す第１情報（例えばＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ）を生成する（Ｓ６９９２）。次に、三次元データ符号化装置は、第１情報に従い、他の三次元点の属性情報を参照し、又は参照せず、処理対象の三次元点の属性情報を符号化することでビットストリームを生成する（Ｓ６９９３）。このビットストリームは、第１情報を含む。
例えば、三次元データ符号化装置は、第１情報により同じ階層に属する他の三次元点の属性情報を参照することが許可されていることが示される場合、処理対象の三次元点と同じ階層に属する三次元点を参照して、処理対象の三次元点の属性情報を符号化し、第１情報により同じ階層に属する他の三次元点の属性情報を参照することが許可されていないこと（禁止されていること）が示される場合、処理対象の三次元点と同じ階層に属する三次元点を参照せずに、処理対象の三次元点の属性情報を符号化する。また、三次元点を参照するとは、例えば、予測値の生成に三次元点を用いることである。この場合、処理対象の三次元点の属性情報と予測値の差分値（予測残差）が算出され、算出された差分値が符号化（例えば量子化及びエントロピー符号化）される。
これによれば、当該三次元データ符号化装置は、同一階層の他の三次元点を参照するか否かを切り替えることができるので、適切に符号化を行える。
例えば、三次元データ符号化装置は、第１情報により他の三次元点の属性情報を参照することが許可されていることが示される場合、処理対象の三次元点と同じ階層に属する三次元点のうち、符号化済みの三次元点の属性情報を参照して、処理対象の三次元点の属性情報を符号化する。
例えば、三次元データ符号化装置は、処理対象の三次元点の属性情報の符号化では、第１情報に関わらず、処理対象の三次元点が属する階層よりも上位の階層に属する三次元点の属性情報を参照して、処理対象の三次元点の属性情報を符号化する。
例えば、三次元データ符号化装置は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
また、本実施の形態に係る三次元データ復号装置は、図９０に示す処理を行う。三次元データ復号装置は、点群データに含まれる複数の三次元点を、複数の三次元点の位置情報に基づき複数の階層（例えばＬｏＤ）に分類する（Ｓ６９９５）。次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから、複数の三次元点に含まれる処理対象の三次元点に対して、処理対象の三次元点と同じ階層に属する他の三次元点の属性情報を参照することを許可するか否かを示す第１情報（例えばＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ）を取得する（Ｓ６９９６）。次に、三次元データ復号装置は、第１情報に従い、他の三次元点の属性情報を参照し、又は参照せず、ビットストリームから、処理対象の三次元点の属性情報を復号する（Ｓ６９９７）。
例えば、三次元データ復号装置は、第１情報により同じ階層に属する他の三次元点の属性情報を参照することが許可されていることが示される場合、処理対象の三次元点と同じ階層に属する三次元点を参照して、処理対象の三次元点の属性情報を復号し、第１情報により同じ階層に属する他の三次元点の属性情報を参照することが許可されていないこと（禁止されていること）が示される場合、処理対象の三次元点と同じ階層に属する三次元点を参照せずに、処理対象の三次元点の属性情報を復号する。また、三次元点を参照するとは、例えば、予測値の生成に三次元点を用いることである。この場合、三次元データ復号装置は、処理対象の三次元点の属性情報と予測値の差分値（予測残差）をビットストリームから復号（例えばエントロピー復号及び逆量子化）し、得られた差分値に予測値を加算することで属性情報を復元する。
これによれば、当該三次元データ復号装置は、第１情報に基づき、同一階層の他の三次元点を参照するか否かを切り替えることができる。よって、当該三次元データ復号装置は、適切に符号化が行われることで生成されたビットストリームを復号できる。
例えば、三次元データ復号装置は、第１情報により他の三次元点の属性情報を参照することが許可されていることが示される場合、処理対象の三次元点と同じ階層に属する三次元点のうち、復号済みの三次元点の属性情報を参照して、処理対象の三次元点の属性情報を復号する。
例えば、三次元データ復号装置は、処理対象の三次元点の属性情報の復号では、第１情報に関わらず、処理対象の三次元点が属する階層よりも上位の階層に属する三次元点の属性情報を参照して、処理対象の三次元点の属性情報を復号する。
例えば、三次元データ復号装置は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
（実施の形態１１）
本実施の形態では、三次元点の属性情報を予測して符号化する場合のＬｏＤ（Ｌｅｖｅｌ ｏｆ Ｄｅｔａｉｌ）階層を低処理量で生成する別の例を示す。
上記したように、三次元データ符号化装置は、例えば、入力された複数の三次元点間の距離情報を算出してＬｏＤの階層を生成する。三次元データ符号化装置は、入力された複数の三次元点をモートン符号（Ｍｏｒｔｏｎ ｃｏｄｅ）順に整列し、整列した複数の三次元点についてある一定個数毎に三次元点を選択（サンプリング）してＬｏＤ階層を生成してもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、三次元点間の距離情報を算出せずにＬｏＤ階層を生成できるため、処理量を削減できる。
以下、図を用いて本実施の形態について説明する。
図９１は、本実施の形態に係るＬｏＤの第１例を示す図である。なお、図９１は、サンプリング数が４（ｓａｍｐｌｉｎｇ＝４）の場合のＬｏＤの階層を示す図である。
例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤの各階層に属する三次元点を、次のようなステップで選択する。
ステップ１．まず、三次元データ符号化装置は、入力された三次元点をモートン配列の昇順に並べる。
ステップ２．次に、三次元データ符号化装置は、サンプリング数情報（ｓａｍｐｌｉｎｇ）の値に応じて、ＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に属する三次元点をモートン配列（Ｍｏｒｔｏｎ ｏｒｄｅｒ）順に整列した三次元点から選択する。例えば、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択し、選択した三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に属する三次元点とし、選択しなかった三次元点をＬｏＤのｎ階層（例えば、最下層）に属すると設定する。具体的に例えば、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝４の場合、図９１に示すように４個毎にモートン配列順で整列された、入力された複数の三次元点から三次元点を選択し、選択した三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に属する三次元点として設定し、選択しなかった三次元点をＬｏＤのｎ階層（例えば、最下層）に属すると設定する。
ステップ３．次に、三次元データ符号化装置は、サンプリング数情報（ｓａｍｐｌｉｎｇ）の値に応じて、ＬｏＤｎ＋２階層以上に属する三次元点を選択する。例えば、三次元データ符号化装置は、上記ステップ２で選択した三次元点からｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択し、選択した三次元点をＬｏＤの（ｎ＋２）階層以上に属する三次元点とし、選択しなかった三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層に属すると設定する。具体的に例えば、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝４の場合、図９１に示すように、上記ステップ２で選択した三次元点から４個毎に三次元点を選択し、選択した三次元点をＬｏＤの（ｎ＋２）階層以上に属する三次元点として設定し、選択しなかった三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層に属すると設定する。
ステップ４．以降、三次元データ符号化装置は、上記ステップ３の処理を繰り返し、ある条件を満たした時点でＬｏＤの生成を終了してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、上位の階層に属する三次元点が予め定められた値である閾値α個より小さくなるまで、ＬｏＤの階層を生成してもよい。具体的に例えば、α＝ｓａｍｐｌｉｎｇと予め定められていることで、三次元データ符号化装置は、上位の階層の三次元点がｓａｍｐｌｉｎｇ個より小さくなった時点で、ＬｏＤ生成を終了する。
なお、三次元データ符号化装置は、閾値αを符号化してビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、ヘッダ等の閾値αを復号して三次元データ符号化装置と同様の処理を行うことで三次元データ符号化装置と同数のＬｏＤ階層を生成し、ビットストリームを適切に復号できる。
なお、閾値αは、規格のｐｒｏｆｉｌｅ等で予め規定されていてもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤの階層数が、入力された最大階層数（ｍａｘＬｏＤ）になるまで、ＬｏＤの階層を生成してもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、適切なｍａｘＬｏＤ個の値を設定することで符号化効率を向上できる。
なお、三次元データ符号化装置は、ｍａｘＬｏＤを符号化してビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、ヘッダ等のｍａｘＬｏＤを復号して三次元データ符号化装置と同様の処理を行うことで三次元データ符号化装置と同数のＬｏＤの階層を生成し、ビットストリームを適切に復号できる。
なお、ｍａｘＬｏＤは、規格のプロファイル（ｐｒｏｆｉｌｅ）等で予め規定されていてもよい。
上記方法によれば、三次元データ符号化装置は、三次元点間の距離情報を算出せずにＬｏＤ階層を生成できるため、処理量を削減できる。また、三次元データ符号化装置は、入力された三次元点に空間的に密な領域（言い換えると、空間的に距離が近い三次元点が多く含まれる領域）と疎な領域とが含まれる場合に、その密度に応じて上位階層に属する三次元点を選択できるため、符号化効率を向上できる。例えば、三次元データ符号化装置は、密な領域ではより多くの三次元点が上位階層として選択する。これにより、三次元データ符号化装置は、密な領域に含まれる下位階層の三次元点に対して、より多くの上位階層の三次元点を予測値の生成に利用することができるため、予測効率を向上させ、符号化効率を向上することができる。
なお、三次元データ符号化装置は、サンプリング数（ｓａｍｐｌｉｎｇ）を符号化してビットストリームのヘッダ等に付加してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、ヘッダ等のｓａｍｐｌｉｎｇを復号することで三次元データ符号化装置が使用したサンプリング数を認識できるため、三次元データ符号化装置と同様の方法で同じＬｏＤを生成できる。そのため、三次元データ復号装置は、ビットストリームを正しく復号できる。
なお、ｓａｍｐｌｉｎｇの値は、規格等のプロファイル又はレベル（ｌｅｖｅｌ）等で規定されていてもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤのｎ階層の三次元点の予測値をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上の三次元点を参照して生成してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照して予測値を生成するかどうかを上記したＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤなどの情報を用いて切替えてもよい。
図９２は、本実施の形態に係るＬｏＤの第２例を示す図である。なお、図９２は、サンプリング数が２（ｓａｍｐｌｉｎｇ＝２）であり、且つ、ｍａｘＬｏＤが（ｎ＋２）階層（ｍａｘＬｏＤ＝ＬｏＤｎ＋２）の場合のＬｏＤの階層を示す図である。
例えば、三次元データ符号化装置は、図９１において説明した上記のステップを実行し、ＬｏＤの階層を生成する。
なお、例えば、三次元データ符号化装置は、上記ステップ２では、図９２に示すように２個毎にモートン配列順で整列された、入力された複数の三次元点から三次元点を選択し、選択した三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に属する三次元点として設定し、選択しなかった三次元点をＬｏＤのｎ階層（例えば、最下層）に属すると設定する。
また、例えば、三次元データ符号化装置は、上記ステップ３では、図９２に示すように、上記ステップ２で選択した三次元点から２個毎に三次元点を選択し、選択した三次元点をＬｏＤの（ｎ＋２）階層以上に属する三次元点として設定し、選択しなかった三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層に属すると設定する。
また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤのｎ階層の三次元点の予測値をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上の三次元点を参照して生成してもよい。
また、三次元データ符号化装置は、同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照して予測値を生成するかどうかを上記したＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤなどの情報を用いて切替えてもよい。
図９３は、本実施の形態に係るＬｏＤの第３例を示す図である。なお、図９３は、サンプリング数が１（ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１）、又は、ｍａｘＬｏＤが１階層（ｍａｘＬｏＤ＝１）の場合のＬｏＤの階層を示す図である。
例えば、三次元データ符号化装置は、サンプリング数（ｓａｍｐｌｉｎｇ）＝１の場合には、ＬｏＤの１階層に属する三次元点を、次のようなステップで選択する。
ステップ１．まず、三次元データ符号化装置は、入力された複数の三次元点をモートン配列の昇順に並べる。
ステップ２．次に、三次元データ符号化装置は、全ての三次元点をＬｏＤのｎ階層に設定する。
これにより、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤの各階層に属する三次元点を選択する必要がなくなるため、処理量を削減できる。
なお、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合には、ｍａｘＬｏＤ＝１とみなし、ｍａｘＬｏＤの情報をヘッダに付加しなくてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダ量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置は、ｍａｘＬｏＤ＝１の場合には、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１とみなし、ｓａｍｐｌｉｎｇの情報をヘッダに付加しなくてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダ量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合には、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ＝１とみなし、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤをヘッダに付加しなくてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダ量を削減できる。
なお、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合は、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ＝０にならないように規格等で予め規定されていてもよい。
上記方法によれば、三次元データ符号化装置は、三次元点間の距離情報を算出せず、かつ、サンプリング点を選択せずにＬｏＤの階層を生成できるため、更に処理量を削減できる。
なお、三次元データ符号化装置は、同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照して予測値を生成するかどうかを上記したＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤなどの情報を用いて切替えてもよい。
図９４は、本実施の形態に係る属性情報のヘッダのシンタックスの第１例を示す図である。
ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤは、ＬｏＤの生成方法を切替えるための切替情報である。
例えば、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤの値が１の場合には、上記した各ステップを行うことでｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択してＬｏＤの階層を生成する。
また、例えば、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤの値が０の場合には、上記したように各三次元点の位置情報を用いて、より具体的には、各三次元点間の距離情報を算出してＬｏＤの階層を生成する。
ｓａｍｐｌｉｎｇは、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１の場合に用いられるサンプリング数である。
なお、サンプリング数は、１以上と予め規定されていてもよい。この場合、例えば、三次元データ符号化装置は、ヘッダには、サンプリング数から－１した値（ｓａｍｐｌｉｎｇ－１）を付加する。これにより、三次元データ復号装置は、ヘッダに含まれるｓａｍｐｌｉｎｇに＋１をすることで正しいサンプリング数を取得でき、且つ、三次元データ符号化装置は、ヘッダに付加する符号量を削減できる。
ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤは、予測値を生成するために同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照することを許可するか否かを示す情報である。
例えば、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値が１の場合には、三次元データ符号化装置が予測値を生成するために同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照することを可能である（許可する）ことを示す値。
一方、例えば、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値が０の場合には、三次元データ符号化装置が予測値を生成するために同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照不可である（禁止である）ことを示す。
なお、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤの値が１の場合、同一のＬｏＤの階層の三次元点のうち、既に符号化又は復号された三次元点を参照可能としてもよい。
なお、例えば、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合には、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ＝１とみなし、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤをヘッダに付加しなくてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダ量を削減できる。
また、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合には、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ＝０にならないように規格等で予め規定されていてもよい。
ｍａｘＬｏＤは、ＬｏＤの最大階層数を示す情報である。
なお、例えば、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合には、ｍａｘＬｏＤ＝１とみなし、ｍａｘＬｏＤの情報をヘッダに付加しなくてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダ量を削減できる。
また、例えば、三次元データ符号化装置は、ｍａｘＬｏＤ＝１の場合には、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１とみなし、ｓａｍｐｌｉｎｇの情報をヘッダに付加しなくてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダ量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置は、上記した、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ、ｓａｍｐｌｉｎｇ、ＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤ、および、ｍａｘＬｏＤなどの各値を、エントロピー符号化してヘッダに付加してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、各値を二値化して算術符号化する。また、三次元データ符号化装置は、各値を、処理量を抑えるために固定長で符号化してもよい。
また、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤは、必ずしもヘッダに付加される必要はなく、例えば、規格等のプロファイル又はレベル等で規定されてもよい。例えば、密な領域を多く含む三次元点を符号化するためのプロファイルでは、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝０と規定され、密な領域と疎な領域とが混在する三次元点を符号化するプロファイルでは、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１と規定されてもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、ヘッダのビット量を削減しつつ、符号化対象となる対象三次元点に応じて符号化効率を向上できる。
また、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ及びｓａｍｐｌｉｎｇを、ＷＬＤ、ＳＰＣ、ボリューム単位、または、スライス単位で切替えるために、ＷＬＤ、ＳＰＣ、ボリューム単位、または、スライス単位のヘッダに付加してもよい。
例えば、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ及びｓａｍｐｌｉｎｇをスライスヘッダに付加し、スライス内の三次元点が密点群か疎点群かに応じて、ＬｏＤの生成方法を切替えてもよい。
ここで、密点群とは、例えば、点群内に含まれる三次元点間の距離が比較的近く、且つ、比較的等間隔に配置されているような点群である。また、疎点群とは、例えば、点群内に含まれる三次元点間の距離が比較的遠く、且つ、各点群間の距離がランダムに配置されているような点群である。密点群と疎点群との判別に用いられる三次元点間の距離、及び、距離のばらつきは、予め任意に定められてよく、特に限定されない。
ＬｏＤの生成方法を切り替える切替方法としては、以下の方法が例示される。例えば、三次元データ符号化装置は、スライス内の三次元点が密点群である場合には、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝０にすることで、上記したように入力された複数の三次元点間の距離情報を算出してＬｏＤの階層を生成して属性情報を符号化する。一方、例えば、三次元データ符号化装置は、スライス内の三次元点が密点群ではない場合、例えば、疎点群である場合には、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１にすることで、ｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択してＬｏＤを生成し、属性情報を符号化する。
このように、三次元データ符号化装置は、入力された三次元点、または、スライス内の三次元点が密点群か否かに応じてＬｏＤの生成方法を切替えることで、符号化効率を改善できる。
なお、本実施の形態では、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝１の場合には、全ての三次元点を１階層に割当てるとしたが、必ずしもこれに限らない。三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝０の場合に、全ての三次元点を１階層に割当ててもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤの値が２以上の場合には、別のＬｏＤの生成方法を適用してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝２の場合には、上記した２分木によるＬｏＤの生成方法を適用してもよい。
続いて、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置及び三次元データ装置の構成及び処理手順について説明する。
図９５は、本実施の形態に係る三次元データ符号化処理のフローチャートである。
まず、三次元データ符号化装置は、位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を符号化する（Ｓ７７０１）。例えば、三次元データ符号化装置は、８分木表現を用いて符号化を行う。
次に、三次元データ符号化装置は、属性情報の変換処理を行う（Ｓ７７０２）。例えば、三次元データ符号化装置は、位置情報を符号化した後に、量子化等によって三次元点の位置が変化した場合に、変化後の三次元点に元の三次元点の属性情報を再割当てする。
なお、三次元データ符号化装置は、位置の変化量に応じて属性情報の値を補間して再割当てを行ってもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、変化後の三次元位置に近い変化前の三次元点をＮ個検出し、Ｎ個の三次元点の属性情報の値を、変化後の三次元点の位置から各Ｎ個の三次元点の位置までの距離に基づいて重み付け平均し、重みづけ平均により得られた値を変化後の三次元点の属性情報の値とする。また、三次元データ符号化装置は、量子化等によって２個以上の三次元点が同一の三次元位置に変化した場合には、その変化後の属性情報の値として、変化前の２個以上の三次元点における属性情報の平均値を割当ててもよい。
次に、三次元データ符号化装置は、属性情報を符号化する（Ｓ７７０３）。
なお、三次元データ符号化装置は、複数の属性情報を符号化する場合には、複数の属性情報を順に符号化してもよい。例えば、三次元データ符号化装置は、属性情報として、色と反射率とを符号化する場合には、色の符号化結果の後に反射率の符号化結果を付加したビットストリームを生成する。
また、ビットストリームに付加される複数の属性情報の符号化結果の順番は、どのような順番でもよい。
また、三次元データ符号化装置は、ビットストリーム内の各属性情報の符号化データ開始場所を示す情報をヘッダ等に付加してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、復号が必要な属性情報を選択的に復号できるので、復号が不必要な属性情報の復号処理を省略できる。よって、三次元データ復号装置は、処理量を削減できる。
また、三次元データ符号化装置は、複数の属性情報を並列に符号化し、符号化結果を１つのビットストリームに統合してもよい。
これにより、三次元データ符号化装置は、高速に複数の属性情報を符号化できる。
図９６は、本実施の形態に係る属性情報の符号化処理（図９５に示すＳ７７０３）のフローチャートである。
まず、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤを設定する（Ｓ７７１１）。つまり、三次元データ符号化装置は、各三次元点を複数のＬｏＤ（より具体的には、ＬｏＤの階層）のいずれかに割り当てる。
次に、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ単位のループを開始する（Ｓ７７１２）。つまり、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎にステップＳ７７１３～Ｓ７７２１の処理を繰り返し行う。
次に、三次元データ符号化装置は、三次元点毎のループを開始する（Ｓ７７１３）。つまり、三次元データ符号化装置は、あるＬｏＤについての三次元点毎にステップＳ７７１４～Ｓ７７２０の処理を繰り返し行う。なお、図９６には、符号化対象の対象三次元点Ｐにおける符号化について示している。
次に、三次元データ符号化装置は、処理対象の対象三次元点Ｐの予測値の算出に用いる、対象三次元点Ｐの周囲に存在する三次元点である複数の周囲点を探索する（Ｓ７７１４）。
次に、三次元データ符号化装置は、対象三次元点Ｐの予測値を算出する（Ｓ７７１５）。具体的には、三次元データ符号化装置は、複数の周囲点の属性情報の値の重み付け平均を算出し、得られた値を予測値に設定する。
次に、三次元データ符号化装置は、対象三次元点Ｐの属性情報と予測値との差分である予測残差を算出する（Ｓ７７１６）。
次に、三次元データ符号化装置は、予測残差を量子化することで量子化値を算出する（Ｓ７７１７）。
次に、三次元データ符号化装置は、量子化値を算術符号化する（Ｓ７７１８）。
次に、三次元データ符号化装置は、量子化値を逆量子化することで逆量子化値を算出する（Ｓ７７１９）。
次に、三次元データ符号化装置は、逆量子化値に予測値を加算することで復号値を生成する（Ｓ７７２０）。
次に、三次元データ符号化装置は、三次元点毎のループを終了する（Ｓ７７２１）。
また、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤ毎のループを終了する（Ｓ７７２２）。
図９７は、本実施の形態に係るＬｏＤの生成処理（Ｓ７７１１）のフローチャートである。
まず、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１であるか否かを判定する（Ｓ７７３１）。
三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１でないと判定した場合（Ｓ７７３１でＮｏ）、入力された複数の三次元点間の距離情報を算出してＬｏＤの階層を生成する（Ｓ７７３５）。
一方、三次元データ符号化装置は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１であると判定した場合（Ｓ７７３１でＹｅｓ）、ｓａｍｐｌｉｎｇ＞１であるか否かを判定する（Ｓ７７３２）。
三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＞１でないと判定した場合（Ｓ７７３２でＮｏ）、全ての三次元点を１階層に割当てる（Ｓ７７３４）。
一方、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＞１であると判定した場合（Ｓ７７３２でＹｅｓ）、ｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択してＬｏＤの階層を生成する（Ｓ７７３３）。
図９８は、本実施の形態に係る三次元データ復号処理のフローチャートである。
まず、三次元データ復号装置は、ビットストリームから位置情報（ｇｅｏｍｅｔｒｙ）を復号する（Ｓ７７４１）。例えば、三次元データ復号装置は、８分木表現を用いて復号する。
次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから属性情報を復号する（Ｓ７７４２）。例えば、三次元データ復号装置は、複数の属性情報を復号する場合は、複数の属性情報を順に復号する。例えば、三次元データ復号装置は、属性情報として、色と反射率とを復号する場合は、色の符号化結果の後に反射率の符号化結果を付加したビットストリームを順に復号する。
なお、三次元データ復号装置は、ビットストリームに付加される属性情報の符号化結果をどのような順番で復号してもよい。
また、三次元データ復号装置は、ビットストリーム内の各属性情報の符号化データ開始場所を示す情報を、ヘッダ等を復号することで取得してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、復号が必要な属性情報を選択的に復号できるので、復号が不必要な属性情報の復号処理を省略できる。よって、三次元データ復号装置は、処理量を削減できる。
また、三次元データ復号装置は、複数の属性情報を並列に復号し、復号結果を１つの三次元点群に統合してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、高速に複数の属性情報を復号できる。
図９９は、本実施の形態に係る属性情報の復号処理（Ｓ７７４２）のフローチャートである。
まず、三次元データ復号装置は、ＬｏＤを設定する（Ｓ７７５１）。つまり、三次元データ復号装置は、復号された位置情報を有する複数の三次元点の各々を複数のＬｏＤ（より具体的には、ＬｏＤの階層）のいずれかに割当てる。例えば、この割当て方法は、三次元データ符号化装置で用いられた割当て方法と同じ方法である。
次に、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ毎のループを開始する（Ｓ７７５２）。つまり、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ毎にステップＳ７７５３～Ｓ７７５９の処理を繰り返し行う。
次に、三次元データ復号装置は、三次元点毎のループを開始する（Ｓ７７５３）。つまり、三次元データ復号装置は、三次元点毎にステップＳ７７５４～Ｓ７７５８の処理を繰り返し行う。なお、図９９には、復号対象となる三次元点Ｐにおける復号について示している。
まず、三次元データ復号装置は、処理対象の対象三次元点Ｐの予測値の算出に用いる、対象三次元点Ｐの周囲に存在する三次元点である複数の周囲点を探索する（Ｓ７７５４）。
次に、三次元データ復号装置は、対象三次元点Ｐの予測値を決定する（Ｓ７７５５）。具体的には、三次元データ復号装置は、複数の周囲点の属性情報の値の重み付け平均を算出し、得られた値を予測値に設定する。なお、これらの処理は三次元データ符号化装置における処理と同様である。
次に、三次元データ復号装置は、ビットストリームから量子化値を算術復号する（Ｓ７７５６）。
次に、三次元データ復号装置は、復号した量子化値を逆量子化することで逆量子化値を算出する（Ｓ７７５７）。
次に、三次元データ復号装置は、逆量子化値に予測値を加算することで復号値を生成する（Ｓ７７５８）。
次に、三次元データ復号装置は、三次元点毎のループを終了する（Ｓ７７５９）。
また、三次元データ復号装置は、ＬｏＤ毎のループを終了する（Ｓ７７６０）。
図１００は、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置が備える属性情報符号化部７７００のブロック図である。
属性情報符号化部７７００は、ＬｏＤ生成部７７０１と、周囲探索部７７０２と、予測部７７０３と、予測残差算出部７７０４と、量子化部７７０５と、算術符号化部７７０６と、逆量子化部７７０７と、復号値生成部７７０８と、メモリ７７０９と、を含む。
ＬｏＤ生成部７７０１は、三次元点の位置情報を用いてＬｏＤを生成（設定）する。
なお、ＬｏＤ生成部７７０１は、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤの値に応じてＬｏＤの生成方法を切替えてもよい。
周囲探索部７７０２は、ＬｏＤ生成部７７０１によるＬｏＤの生成結果と３次元点間の距離情報とを用いて、各三次元点に隣接する近隣三次元点を探索する。
予測部７７０３は、符号化対象となる三次元点（対象三次元点）の属性情報の予測値を生成する。例えば、予測部７７０３は、０～Ｍ－１（Ｍ：１以上の整数）までの各予測モードに予測値を割当て、さらに、上記したとおり予測モード０から予測モードＭ－１のうちから予測モードを選択する。また、予測部７７０３は、選択した予測モード（ＰｒｅｄＭｏｄｅ）を算術符号化部７７０６に出力する。
予測残差算出部７７０４は、予測部７７０３により生成された属性情報の予測値の予測残差を算出（生成）する。
量子化部７７０５は、予測残差算出部７７０４により算出された属性情報の予測残差を量子化する。
算術符号化部７７０６は、量子化部７７０５により量子化された後の予測残差から上記したＺｅｒｏＣｎｔを算出し、算出したＺｅｒｏＣｎｔを算術符号化する。また、算術符号化部７７０６は、量子化部７７０５により量子化された後の予測残差を算術符号化する。算術符号化部７７０６は、算術符号化した予測残差を含むビットストリームを、例えば、三次元データ復号装置に出力する。
なお、予測残差は、算術符号化される前に二値化されてもよい。
また、算術符号化部７７０６は、各種ヘッダ情報を生成して、生成したヘッダ情報を符号化してもよい。
また、算術符号化部７７０６は、予測部７７０３から符号化に使用した予測モードを取得し、取得した予測モードを算術符号化してビットストリームに付加してもよい。
逆量子化部７７０７は、量子化部７７０５により量子化された後の予測残差を逆量子化する。
復号値生成部７７０８は、予測部７７０３により生成された属性情報の予測値と、逆量子化部７７０７により逆量子化された後の予測残差とを加算することで復号値を生成する。
メモリ７７０９は、復号値生成部７７０８により復号された各三次元点の属性情報の値を記憶するメモリである。例えば、予測部７７０３は、まだ符号化されていない三次元点の予測値を生成する場合に、メモリ７７０９に記憶されている各三次元点の属性情報の復号値を利用して予測値を生成する。
図１０１は、本実施の形態に係る属性情報復号部７７１０のブロック図である。
属性情報復号部７７１０は、ＬｏＤ生成部７７１１と、周囲探索部７７１２と、予測部７７１３と、算術復号部７７１４と、逆量子化部７７１５と、復号値生成部７７１６と、メモリ７７１７と、を含む。
ＬｏＤ生成部７７１１は、位置情報復号部（図１０１には不図示）等の復号部により復号された三次元点の位置情報を用いてＬｏＤを生成（設定）する。なお。ＬｏＤ生成部７７１１は、ビットストリームに含まれるヘッダ情報を復号して得られたＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤの値に応じて、ＬｏＤの生成方法を切替えてもよい。
周囲探索部７７１２は、ＬｏＤ生成部７７１１によるＬｏＤの生成結果と各三次元点間の距離を示す距離情報とを用いて、各三次元点に隣接する近隣三次元点を探索する。
予測部７７１３は、復号対象の対象三次元点の属性情報の予測値を生成する。
算術復号部７７１４は、例えば、属性情報符号化部７７００から取得した属性情報を含むビットストリーム内のＺｅｒｏＣｎｔと予測残差とを算術復号する。なお、算術復号部７７１４は、各種ヘッダ情報を復号してもよい。また、算術復号部７７１４は、算術復号した予測モードを予測部７７１３に出力してもよい。
逆量子化部７７１５は、算術復号部７７１４が算術復号した予測残差を逆量子化する。
復号値生成部７７１６は、予測部７７１３により生成された予測値と逆量子化部７７１５により逆量子化された後の予測残差とを加算して復号値を生成する。例えば、復号値生成部７７１６は、復号された属性情報（属性情報データ）を他の装置へ出力する。
メモリ７７１７は、復号値生成部７７１６により復号された各三次元点の属性情報の値（復号値）を記憶するメモリである。例えば、予測部７７１３は、まだ復号されていない三次元点の予測値を生成する場合に、メモリ７７１７に記憶されている各三次元点の属性情報の復号値を利用して予測値を生成する。続いて、三次元データ符号化装置が生成するＬｏＤとシンタックスとのそれぞれの別の一例について説明する。
上記では、三次元データ符号化装置は、入力された三次元点をモートン配列に整列した後、モートン配列順に付された値（モートン符号）が最も小さい三次元点を起点としてｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択してＬｏＤを生成する例を示したが、必ずしもこれに限らない。例えば、三次元データ符号化装置は、シフト数（ｓｈｉｆｔ）を定義し、三次元点の選択の開始の起点を、モートン符号の最小値からｓｈｉｆｔ個分シフトした後、ｓａｍｐｌｉｎｇ個毎に三次元点を選択する。
以下、具体的な例を、図を用いて説明する。
図１０２は、本実施の形態に係るＬｏＤの第４例を示す図である。なお、図１０２は、サンプリング数が４（ｓａｍｐｌｉｎｇ＝４）であり、且つ、シフト数が２（ｓｈｉｆｔ＝２）の場合のＬｏＤの階層を示す図である。
例えば、三次元データ符号化装置は、ｓａｍｐｌｉｎｇ＝４、ｓｈｉｆｔ＝２と設定することで、サンプリング位置のａ０、ａ４、ａ８、およびａ１２をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に属する三次元点として選択する代わりに、サンプリング位置＋シフト数（ｓａｍｐｌｉｎｇ＋ｓｈｉｆｔ）の位置にあるａ２、ａ６、ａ１０、およびａ１４をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に属する三次元点として選択する。
これにより、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤのｎ階層に属する三次元点からより距離が近い三次元点をＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上に割当てることができる。そのため、三次元データ符号化装置は、予測効率を向上できるため、符号化効率を向上できる。
なお、三次元データ符号化装置は、シフト数を、ヘッダ等に付加してもよい。
これにより、三次元データ復号装置は、ヘッダ等のシフト数を復号することで三次元データ符号化装置が使用したシフト数を知ることができ、三次元データ符号化装置と同様の方法で同じＬｏＤを生成できる。よって、三次元データ復号装置は、ビットストリームを正しく復号できる。
なお、シフト数は、規格等のプロファイル又はレベル等で規定されてもよい。
また、三次元データ符号化装置は、同一のＬｏＤの階層の三次元点を参照して、予測値を生成するか否かを上記したＥｎａｂｌｅＲｅｆｅｒｒｉｎｇＳａｍｅＬｏＤなどの情報を用いて切替えてもよい。また、例えば、三次元データ符号化装置は、ＬｏＤのｎ階層の三次元点の予測値を、ＬｏＤの（ｎ＋１）階層以上の三次元点を参照して生成してもよい。
図１０３は、本実施の形態に係る属性情報のヘッダのシンタックスの第２例を示す図である。
ｓｈｉｆｔとは、ＥｎａｂｌｅＵｎｕｎｉｆｏｒｍＬｏＤ＝１の場合に三次元データ符号化装置が用いるシフト数を示す情報である。
なお、ｓｈｉｆｔは、ｓａｍｐｌｉｎｇより小さい値としても予め設定されていてもよい。
以上のように、本実施の形態に係る三次元データ符号化装置は、図１０４に示す処理を行う。
図１０４は、本実施の形態に係る符号化処理のフローチャートである。
まず、三次元データ符号化装置は、１以上である階層数を決定する（ステップＳ７７７１）。
階層数を示す階層数情報、後述するサンプリング数を示すサンプリング数情報、及び、三次元データ符号化装置が符号化する複数の三次元点の属性情報は、例えば、外部機器から三次元データ符号化装置に送信される。三次元データ符号化装置は、例えば、受信した階層数情報に示される階層数を、階層数に決定する。階層数及びサンプリング数は、１以上の整数である。
なお、階層数は、三次元データ符号化装置が三次元点に基づいて決定してもよい。三次元データ符号化装置は、外部機器から送信された点群データにおける複数の三次元点の数に基づいて階層数を決定（算出）してもよい。複数の三次元点が有する情報には、属性情報以外にも、例えば、上記した位置情報等が含まれる。
次に、三次元データ符号化装置は、決定した階層数が１よりも大きいか否かを判定する（Ｓ７７７２）。
三次元データ符号化装置は、決定した階層数が１よりも大きい場合（Ｓ７７７２でＹｅｓ）、複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類する（Ｓ７７７３）。つまり、三次元データ符号化装置は、階層数及びサンプリング数に基づいて、各三次元点の属性情報に階層（例えば、上記したＬｏＤの階層）を割当てる。例えば、三次元データ符号化装置は、複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで複数の三次元点の属性情報を決定した階層数となるように複数の階層に分類する。
次に、三次元データ符号化装置は、階層毎に複数の三次元点の属性情報を符号化する（Ｓ７７７４）。
次に、三次元データ符号化装置は、符号化した複数の三次元点の属性情報と、階層数を示す階層数情報と、サンプリング数を示すサンプリング数情報と、を含むビットストリームを生成する（Ｓ７７７５）。
一方、三次元データ符号化装置は、決定した階層数が１よりも大きくない場合、つまり、階層数が１の場合（Ｓ７７７２でＮｏ）、複数の三次元点の属性情報を符号化する（Ｓ７７７６）。例えば、三次元データ符号化装置は、図９３に示すように複数の三次元点の属性情報を全て同じ階層に分類し、階層数を１として複数の三次元点の属性情報を予測符号化する。
次に、三次元テータ符号化装置は、符号化した複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を含み、且つ、サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する（Ｓ７７７７）。
このように、三次元データ符号化装置は、ビットストリームを生成する処理では、符号化した複数の三次元点の属性情報と、階層数情報とを含むビットストリームを生成し、当該生成する処理では、サンプリング数情報が示す値が１より大きい場合には、サンプリング数情報をさらに含むビットストリームを生成し、サンプリング数情報が示す値が１の場合には、サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する。
サンプリング数が１である場合には、複数の三次元点の属性情報を全て選択することになるため、階層数は必ず１となる。言い換えると、階層数情報が示す階層数が１である場合には、サンプリング数に関わらず階層数が１となる。そのため、例えば、三次元データ復号装置は、受信したビットストリームに階層数情報が含まれている場合、サンプリング数情報が当該ビットストリームに含まれていなくても、サンプリング数を１とみなして符号化された三次元点の属性情報を復号できる。つまり、このような三次元データ符号化装置によれば、ビットストリームのデータ量を削減できる。
なお、三次元データ符号化装置は、サンプリング数情報及び階層数情報を符号化してもよいし、しなくてもよい。
また、例えば、上記した属性情報の分類処理（Ｓ７７７３）では、三次元データ符号化装置は、階層数が２の場合、複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択し、選択した三次元点の属性情報に選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当て、階層数が３以上の場合、さらに、選択した三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を再選択し、再選択した三次元点の属性情報に再選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を繰り返し行う。例えば、上記した属性情報の分類処理（Ｓ７７７３）では、三次元データ符号化装置は、階層数が３以上の場合、選択した三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を再選択し、再選択した三次元点の属性情報に再選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を、階層数となるまで行う。
これによれば、三次元データ符号化装置は、階層数情報が示す階層数に応じて、複数の三次元点の属性情報を１以上の階層に適切に分類できる。
また、例えば、上記した属性情報の分類処理（Ｓ７７７３）では、三次元データ符号化装置は、所定の条件を満たす場合、上記した繰り返し行う処理を終了する。例えば、所定の条件は、最上位の階層における三次元点の数である。例えば、三次元データ符号化装置は、上記した属性情報の分類処理（Ｓ７７７３）では、上位の階層に割当てる三次元点の数をカウントし、カウントした三次元点の数が予め定められた閾値個より小さい場合、上記した繰り返し処理を終了する。つまり、三次元データ符号化装置は、カウントした三次元点の数が予め定められた閾値個より小さい場合、階層を生成する処理を終了する。
複数の三次元点の数が少ない場合、上記した方法を用いて階層を形成しようとしても、決定した階層数まで複数の三次元点分類できない場合がある。そのような場合であっても、所定の条件に基づいて階層の生成を終了することで、決定した階層数となるように階層を生成できないために以降の処理を中断してしまうような不具合の発生を抑制し、決定した階層数に近い階層数となるまで、階層を生成できる。
また、例えば、上記したビットストリームの生成処理（Ｓ７７７５）では、三次元データ符号化装置は、サンプリング数が１より大きい場合、三次元点の属性情報を、階層が同じ三次元点の属性情報に基づいて符号化しているか否かを示す参照情報をさらに含むビットストリームを生成し、サンプリング数が１の場合、参照情報を含まないビットストリームを生成する。
これによれば、三次元データ符号化装置は、複数の三次元点間の距離に基づいて当該複数の三次元点の属性情報を符号化した方が、上記したサンプリング数及び階層数に基づいて符号化する場合よりも符号化効率が良いときがある。そのため、三次元データ符号化装置によれば、切り替え情報に基づいて適切な符号化手順が選択されることで、符号化効率を向上できる。
また、例えば、三次元データ符号化装置は、さらに、複数の三次元点の属性情報の符号化手順を設定し、設定した符号化手順がサンプリング数及び階層数に基づく符号化である場合には、上記した階層数の決定処理、上記した属性情報の分類処理、上記した属性情報の符号化処理、及び、上記したビットストリームの生成処理（Ｓ７７７１～Ｓ７７７７）を行い、設定した符号化手順が複数の三次元点間の距離に基づく符号化である場合には、複数の三次元点のそれぞれが有する位置情報に基づいて複数の三次元点間の距離を算出し、算出した距離に基づいて複数の三次元点の属性情報を符号化し、符号化した属性情報及び距離に基づく符号化であることを示す切り替え情報を含むビットストリームを生成する。例えば、三次元データ符号化装置は、このような設定処理を上記した決定処理（Ｓ７７７１）の前に行う。
複数の三次元点間の距離に基づいて当該複数の三次元点の属性情報を符号化した方が、上記したサンプリング数及び階層数に基づいて符号化する場合よりも符号化効率が良いときがある。そのため、三次元データ符号化装置は、切り替え情報に基づいて適切な符号化手順を選択することで、符号化効率を向上できる。
例えば、三次元データ符号化装置は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
また、本実施の形態に係る三次元データ復号装置は、図１０５に示す処理を行う。
図１０５は、本実施の形態に係る復号処理のフローチャートである。
まず、三次元データ復号装置は、例えば、三次元データ符号化装置からビットストリームを取得し、取得したビットストリームから、符号化された複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を取得する（Ｓ７７８１）。
次に、三次元データ復号装置は、階層数情報が示す階層数が１より大きいか否かを判定する（Ｓ７７８２）。
三次元データ復号装置は、階層数情報が示す階層数が１より大きいと判定した場合（Ｓ７７８２でＹｅｓ）、ビットストリームからサンプリング数情報をさらに取得する（Ｓ７７８３）。
次に、三次元データ復号装置は、符号化された複数の三次元点のデータ順に従ってサンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで符号化された複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類する（Ｓ７７８４）。つまり、三次元データ復号装置は、階層数及びサンプリング数に基づいて、各符号化された三次元点の属性情報に階層（例えば、上記したＬｏＤの階層）を割当てる。例えば、三次元データ復号装置は、符号化された複数の三次元点のデータ順に従ってサンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで階層数情報が示す階層数となるように符号化された複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類する。
一方、三次元データ復号装置は、階層数情報が示す階層数が１より大きくないと判定した場合（Ｓ７７８２でＮｏ）、つまり、階層数情報が示す階層数が１であると判定した場合、ビットストリームからサンプリング数情報を取得せずに（Ｓ７７８５）、全ての符号化された複数の三次元点の属性情報を同じ階層に分類する（Ｓ７７８６）。つまり、三次元データ復号装置は、階層数情報が示す階層数が１であると判定した場合、ビットストリームにサンプリング数情報が含まれているか否かに関わらず、ビットストリームからサンプリング数情報を取得しない。三次元データ復号装置は、サンプリング数情報が示す値を１とみなしてもよい。
このように、三次元データ復号装置は、上記した符号化された属性情報の分類処理（Ｓ７７８２～Ｓ７７８６）では、階層数情報が示す階層数が１よりも大きい場合には、ビットストリームに含まれるサンプリング数情報を取得し、階層数情報が示す階層数が１の場合には、ビットストリームからサンプリング数情報を取得しない。
次に、三次元データ復号装置は、階層毎に符号化された複数の三次元点の属性情報を復号する（Ｓ７７８７）。
上記したように、階層数情報が示す階層数が１である場合には、サンプリング数情報が示す値に関わらず階層数は必ず１となる。そのため、例えば、三次元データ復号装置は、受信したビットストリームに含まれる階層数情報が示す値が１である場合、サンプリング数情報が当該ビットストリームから取得しなくても、つまり、サンプリング数情報に基づかなくても、符号化された三次元点の属性情報を適切に復号できる。つまり、このような三次元データ復号装置によれば、例えば、上記した三次元データ符号化方法により生成された、データ量が削減されたビットストリームを適切に復号できる。
また、例えば、上記した符号化された属性情報の分類処理（Ｓ７７８４）では、三次元データ復号装置は、階層数が２の場合、符号化された複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に符号化された三次元点を選択して、選択した符号化された三次元点に選択しなかった符号化された三次元点よりも上位の階層を割当て、階層数が３以上の場合、さらに、選択した符号化された三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を再選択し、再選択した符号化された三次元点の属性情報に再選択しなかった符号化された三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を繰り返し行う。例えば、上記した符号化された属性情報の分類処理（Ｓ７７８４）では、三次元データ復号装置は、階層数が３以上の場合、選択した符号化された三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を再選択し、再選択した符号化された三次元点の属性情報に再選択しなかった符号化された三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を、階層数情報が示す階層数となるまで行う。
これによれば、三次元データ復号装置は、階層数情報が示す階層数に応じて、複数の三次元点の属性情報を１以上の階層に適切に分類できる。
また、例えば、上記した符号化された属性情報の分類処理（Ｓ７７８４）では、三次元データ復号装置は、所定の条件を満たす場合、上記した繰り返し行う処理を終了する。例えば、所定の条件は、最上位の階層における三次元点の数である。例えば、三次元データ復号装置は、上記した属性情報の分類処理（Ｓ７７８４）では、上位の階層に割当てる三次元点の数をカウントし、カウントした三次元点の数が予め定められた閾値個より小さい場合、上記した繰り返し処理を終了する。つまり、三次元データ復号装置は、カウントした三次元点の数が予め定められた閾値個より小さい場合、階層を生成する処理を終了する。
複数の三次元点の数が少ない場合、上記した方法を用いて階層を形成しようとしても、決定した階層数まで複数の三次元点分類できない場合がある。そのような場合であっても、所定の条件に基づいて階層の生成を終了することで、決定した階層数となるように階層を生成できないために以降の処理を中断してしまうような不具合の発生を抑制し、決定した階層数に近い階層数となるまで、階層を生成できる。
また、例えば、三次元データ復号装置は、サンプリング数情報が示す値が１より大きい場合、符号化された三次元点の属性情報を、階層が同じ符号化された三次元点の属性情報に基づいて符号化しているか否かを示す参照情報をビットストリームからさらに取得し、上記した符号化された属性情報の復号処理（Ｓ７７８７）では、取得した参照情報に基づいて符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、サンプリング数が１の場合、ビットストリームから参照情報を取得しない。
例えば、上記した三次元データ符号化装置によれば、サンプリング数が１より大きい場合には、複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類して符号化する。この場合には、各階層間で属性情報を参照して符号化するときと、各階層間で属性情報を参照しないで符号化するときがある。そのため、このような三次元データ復号装置によれば、ビットストリームに含まれる参照情報に基づいて、符号化された三次元点の属性情報を適切に復号できる。
また、例えば、三次元データ復号装置は、取得したビットストリームに、複数の三次元点の属性情報の符号化手順を示す切り替え情報が含まれていない場合には、上記した符号化された属性情報の分類処理（Ｓ７７８２～Ｓ７７８６）及び上記した符号化された属性情報の復号処理（Ｓ７７８７）を行い、切り替え情報が含まれている場合には、ステップＳ７７８２～ステップＳ７７８６ではなく、符号化された複数の三次元点が有する位置情報に基づいて三次元点間の距離を算出し、算出した距離に基づいて符号化された属性情報を復号する。
複数の三次元点間の距離に基づいて当該複数の三次元点の属性情報を符号化した方が、上記したサンプリング数及び階層数に基づいて符号化する場合よりも符号化効率が良いときがある。そのため、このような三次元データ復号装置によれば、切り替え情報に基づいて、符号化効率が向上された符号化された三次元点の属性情報を適切に復号できる。
例えば、三次元データ復号装置は、プロセッサと、メモリとを備え、プロセッサは、メモリを用いて、上記の処理を行う。
以上、本開示の実施の形態に係る三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置等について説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。
また、上記実施の形態に係る三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置等に含まれる各処理部は典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。
また、集積回路化はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後にプログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又はＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
また、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。
また、本開示は、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置等により実行される三次元データ符号化方法又は三次元データ復号方法等として実現されてもよい。
また、ブロック図における機能ブロックの分割は一例であり、複数の機能ブロックを一つの機能ブロックとして実現したり、一つの機能ブロックを複数に分割したり、一部の機能を他の機能ブロックに移してもよい。また、類似する機能を有する複数の機能ブロックの機能を単一のハードウェア又はソフトウェアが並列又は時分割に処理してもよい。
また、フローチャートにおける各ステップが実行される順序は、本開示を具体的に説明するために例示するためのものであり、上記以外の順序であってもよい。また、上記ステップの一部が、他のステップと同時（並列）に実行されてもよい。
以上、一つまたは複数の態様に係る三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置等について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
本開示は、三次元データ符号化装置及び三次元データ復号装置に適用できる。
１００、４００ 三次元データ符号化装置
１０１、２０１、４０１、５０１ 取得部
１０２、４０２ 符号化領域決定部
１０３ 分割部
１０４、６４４ 符号化部
１１１ 三次元データ
１１２、２１１、４１３、４１４、５１１、６３４ 符号化三次元データ
２００、５００ 三次元データ復号装置
２０２ 復号開始ＧＯＳ決定部
２０３ 復号ＳＰＣ決定部
２０４、６２５ 復号部
２１２、５１２、５１３ 復号三次元データ
４０３ ＳＷＬＤ抽出部
４０４ ＷＬＤ符号化部
４０５ ＳＷＬＤ符号化部
４１１ 入力三次元データ
４１２ 抽出三次元データ
５０２ ヘッダ解析部
５０３ ＷＬＤ復号部
５０４ ＳＷＬＤ復号部
６２０、６２０Ａ 三次元データ作成装置
６２１、６４１ 三次元データ作成部
６２２ 要求範囲決定部
６２３ 探索部
６２４、６４２ 受信部
６２６ 合成部
６３１、６５１ センサ情報
６３２ 第１三次元データ
６３３ 要求範囲情報
６３５ 第２三次元データ
６３６ 第３三次元データ
６４０ 三次元データ送信装置
６４３ 抽出部
６４５ 送信部
６５２ 第５三次元データ
６５４ 第６三次元データ
７００ 三次元情報処理装置
７０１ 三次元マップ取得部
７０２ 自車検知データ取得部
７０３ 異常ケース判定部
７０４ 対処動作決定部
７０５ 動作制御部
７１１ 三次元マップ
７１２ 自車検知三次元データ
８１０ 三次元データ作成装置
８１１ データ受信部
８１２、８１９ 通信部
８１３ 受信制御部
８１４、８２１ フォーマット変換部
８１５ センサ
８１６ 三次元データ作成部
８１７ 三次元データ合成部
８１８ 三次元データ蓄積部
８２０ 送信制御部
８２２ データ送信部
８３１、８３２、８３４、８３５、８３６、８３７ 三次元データ
８３３ センサ情報
９０１ サーバ
９０２、９０２Ａ、９０２Ｂ、９０２Ｃ クライアント装置
１０１１、１１１１ データ受信部
１０１２、１０２０、１１１２、１１２０ 通信部
１０１３、１１１３ 受信制御部
１０１４、１０１９、１１１４、１１１９ フォーマット変換部
１０１５ センサ
１０１６、１１１６ 三次元データ作成部
１０１７ 三次元画像処理部
１０１８、１１１８ 三次元データ蓄積部
１０２１、１１２１ 送信制御部
１０２２、１１２２ データ送信部
１０３１、１０３２、１１３５ 三次元マップ
１０３３、１０３７、１１３２ センサ情報
１０３４、１０３５、１１３４ 三次元データ
１１１７ 三次元データ合成部
１２０１ 三次元マップ圧縮／復号処理部
１２０２ センサ情報圧縮／復号処理部
１２１１ 三次元マップ復号処理部
１２１２ センサ情報圧縮処理部
１３００ 三次元データ符号化装置
１３０１ 分割部
１３０２ 減算部
１３０３ 変換部
１３０４ 量子化部
１３０５、１４０２ 逆量子化部
１３０６、１４０３ 逆変換部
１３０７、１４０４ 加算部
１３０８、１４０５ 参照ボリュームメモリ
１３０９、１４０６ イントラ予測部
１３１０、１４０７ 参照スペースメモリ
１３１１、１４０８ インター予測部
１３１２、１４０９ 予測制御部
１３１３ エントロピー符号化部
１４００ 三次元データ復号装置
１４０１ エントロピー復号部
３０００ 三次元データ符号化装置
３００１ 位置情報符号化部
３００２ 属性情報再割り当て部
３００３ 属性情報符号化部
３０１０ 三次元データ復号装置
３０１１ 位置情報復号部
３０１２ 属性情報復号部
７７００ 属性情報符号化部
７７０１、７７１１ ＬｏＤ生成部
７７０２、７７１２ 周囲探索部
７７０３、７７１３ 予測部
７７０４ 予測残差算出部
７７０５ 量子化部
７７０６ 算術符号化部
７７０７、７７１５ 逆量子化部
７７０８、７７１６ 復号値生成部
７７０９、７７１７ メモリ
７７１０ 属性情報復号部
７７１４ 算術復号部

Claims (12)

  1. １以上である階層数を決定し、
    前記階層数が１よりも大きい場合、
    複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、
    階層毎に前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、
    符号化した前記複数の三次元点の属性情報と、前記階層数を示す階層数情報と、前記サンプリング数を示すサンプリング数情報と、を含むビットストリームを生成し、
    前記階層数が１の場合、
    前記サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する
    三次元データ符号化方法。
  2. 前記属性情報の分類では、
    前記階層数が２の場合、
    前記複数の三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択し、選択した三次元点の属性情報に選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当て、
    前記階層数が３以上の場合、
    さらに、前記選択した三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に三次元点の属性情報を再選択し、再選択した三次元点の属性情報に再選択しなかった三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を繰り返し行う
    請求項１に記載の三次元データ符号化方法。
  3. 前記属性情報の分類では、所定の条件を満たす場合、前記繰り返し行う処理を終了する
    請求項２に記載の三次元データ符号化方法。
  4. 前記ビットストリームの生成では、
    前記サンプリング数が１より大きい場合、三次元点の属性情報を、階層が同じ三次元点の属性情報に基づいて符号化しているか否かを示す参照情報をさらに含むビットストリームを生成し、
    前記サンプリング数が１の場合、前記参照情報を含まないビットストリームを生成する
    請求項１～３のいずれか１項に記載の三次元データ符号化方法。
  5. さらに、前記複数の三次元点の属性情報の符号化手順を設定し、
    設定した前記符号化手順が前記サンプリング数及び前記階層数に基づく符号化である場合には、前記階層数の決定、前記属性情報の分類、前記属性情報の符号化、及び、前記ビットストリームの生成を行い、
    設定した前記符号化手順が前記複数の三次元点間の距離に基づく符号化である場合には、前記複数の三次元点のそれぞれが有する位置情報に基づいて前記複数の三次元点間の距離を算出し、算出した前記距離に基づいて前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、符号化した前記属性情報及び前記距離に基づく符号化であることを示す切り替え情報を含むビットストリームを生成する
    請求項１～４のいずれか１項に記載の三次元データ符号化方法。
  6. ビットストリームから、符号化された複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を取得し、
    前記階層数情報が示す階層数が１よりも大きい場合、前記ビットストリームに含まれるサンプリング数情報をさらに取得し、
    前記符号化された複数の三次元点のデータ順に従って前記サンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記符号化された複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、
    階層毎に前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、
    前記階層数が１の場合には、前記サンプリング数情報を前記ビットストリームから取得しない
    三次元データ復号方法。
  7. 前記符号化された属性情報の分類では、
    前記階層数が２の場合、
    前記符号化された複数の三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に符号化された三次元点を選択して、選択した符号化された三次元点に選択しなかった符号化された三次元点よりも上位の階層を割当て、
    前記階層数が３以上の場合、
    さらに、前記選択した符号化された三次元点の属性情報のデータ順に従って前記サンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を再選択し、再選択した符号化された三次元点の属性情報に再選択しなかった符号化された三次元点の属性情報よりも上位の階層を割当てる処理を繰り返し行う
    請求項６に記載の三次元データ復号方法。
  8. 前記符号化された属性情報の分類では、所定の条件を満たす場合、前記繰り返し行う処理を終了する
    請求項７に記載の三次元データ復号方法。
  9. 前記サンプリング数情報が示す値が１より大きい場合、
    前記符号化された三次元点の属性情報を、階層が同じ符号化された三次元点の属性情報に基づいて符号化しているか否かを示す参照情報を前記ビットストリームからさらに取得し、
    前記符号化された属性情報の復号では、取得した前記参照情報に基づいて前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、
    前記サンプリング数が１の場合、前記ビットストリームから前記参照情報を取得しない
    請求項６～８のいずれか１項に記載の三次元データ復号方法。
  10. 前記ビットストリームに、
    前記複数の三次元点の属性情報の符号化手順を示す切り替え情報が含まれていない場合、前記符号化された属性情報の分類及び前記符号化された属性情報の復号を行い、
    前記切り替え情報が含まれている場合には、前記符号化された複数の三次元点が有する位置情報に基づいて三次元点間の距離を算出し、算出した前記距離に基づいて前記符号化された属性情報を復号する
    請求項６～９のいずれか１項に記載の三次元データ復号方法。
  11. プロセッサと、
    メモリとを備え、
    前記プロセッサは、前記メモリを用いて、
    １以上である階層数を決定し、
    前記階層数が１よりも大きい場合、
    複数の三次元点の属性情報のデータ順に従ってサンプリング数毎に三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記複数の三次元点の属性情報を複数の階層に分類し、
    階層毎に前記複数の三次元点の属性情報を符号化し、
    符号化した前記複数の三次元点の属性情報と、前記階層数を示す階層数情報と、前記サンプリング数を示すサンプリング数情報と、を含むビットストリームを生成し、
    前記階層数が１の場合、
    前記サンプリング数情報を含まないビットストリームを生成する
    三次元データ符号化装置。
  12. プロセッサと、
    メモリとを備え、
    前記プロセッサは、前記メモリを用いて、
    ビットストリームから、符号化された複数の三次元点の属性情報と、階層数情報と、を取得し、
    前記階層数情報が示す階層数が１よりも大きい場合、前記ビットストリームに含まれるサンプリング数情報をさらに取得し、
    前記符号化された複数の三次元点のデータ順に従って前記サンプリング数情報が示すサンプリング数毎に符号化された三次元点の属性情報を選択して、選択した三次元点の属性情報と選択しなかった三次元点の属性情報とに異なる階層を割当てることで前記符号化された複数の三次元点の属性情報を１以上の階層に分類し、
    前記１以上の階層毎に前記符号化された複数の三次元点の属性情報を復号し、
    前記階層数が１の場合には、前記サンプリング数情報を前記ビットストリームから取得しない
    三次元データ復号装置。
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