JPH09148941A

JPH09148941A - 算術符号化・復号化装置

Info

Publication number: JPH09148941A
Application number: JP7305438A
Authority: JP
Inventors: Hideyuki Shirai; 秀行白井
Original assignee: Matsushita Graphic Communication Systems Inc
Current assignee: Panasonic System Solutions Japan Co Ltd
Priority date: 1995-11-24
Filing date: 1995-11-24
Publication date: 1997-06-06
Anticipated expiration: 2015-11-24
Also published as: JP3461640B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】算術符号化／復号化処理を汎用の制御部、演
算部で実行し、これによる演算速度の低下をできるだけ
補う。【解決手段】周辺参照画素の状態に応じた状態番号
と、この状態番号に応じた処理中の画素の可能性の大き
い符号化・復号化予測結果を表す優勢確率シンボル（Ｍ
ＰＳ）とを表示したコンテクストデータテーブル１１２
と、この状態番号から符号化・復号化予測結果の確率を
推定する確率推定テーブル１０９と、この確率推定テー
ブル１０９の出力を用いて符号化・復号化に必要な演算
処理を行う演算部１０３と、周辺参照画素からコンテク
ストアドレスの生成、確率推定テーブル１０９へのアク
セス等を行うコンテクストデータ生成部１０７とを備
え、復号化処理時、次の復号化画素用コンテクストデー
タを現在復号化中の画素がＭＰＳであるとして先読みす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ファクシミリ等に
用いられる画像データなどの算術符号化・復号化装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】適応型算術符号器の一種であるＱＭ−Ｃ
ｏｄｅｒはＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合、旧ＣＣＩＴ
Ｔ）とＩＳＯで標準化されたＪＢＩＧアルゴリズム（勧
告Ｔ．８２）に採用されたエントロピ符号器である。Ｑ
Ｍ−ＣｏｄｅｒをＧ３／Ｇ４ファクシミリ、カラーファ
クシミリに適用するため標準化作業が行われている。

【０００３】次に適応型算術符号化の概要を説明する。
算術符号は０と１間の数直線を各シンボル（画像データ
の場合は画素で表される）の生起確率によって再帰的に
分割（１度分割したものを更に分割）し、符号化対象シ
ンボル系列を分割された部分区間内の代表点に対応さ
せ、その位置を表す２進小数を符号とするものである。
図１２は入力シンボル「０１００」に対する区間分割の
様子を示している。ＱＭ−Ｃｏｄｅｒでは代表点は区間
の一番下にとる。図１２ではシンボルを「０」と「１」
で表しているが、ＱＭ−Ｃｏｄｅｒの符号化シンボルは
ＭＰＳ（More Probable Symbol優勢確率シンボル）とＬ
ＰＳ（Less Probale Symbol 劣勢確率シンボル）で表
す。ＭＰＳとは後述するように符号化または復号化する
シンボルがその周囲の既に符号化または復号化された参
照シンボルから推定して可能性の大きい符号化または復
号化される結果を表す。ＬＰＳはＭＰＳでない場合のシ
ンボルである。各シンボルの上側のＡ（）はＬＰＳとな
る確率を表し、下側のＡ（）はＭＰＳとなる確率を表
す。

【０００４】部分区間の幅（オージェント）Ｈは各シン
ボルに対応するコンテクストデータで確定する。図１２
のように次々に区間分割するとオージェントが小さくな
り、演算精度が保たれなくなるため、オージェントが初
期値（最初の０．０００と１．０００の長さ）の１／２
未満になったときオージェントを２倍して演算精度を保
つ。図１３はこのように２倍してゆく場合を示す。この
２倍する処理をリノーマフライズ（正規化）と呼ぶ。正
規化は各演算レジスタを１ビット左にシフトすることと
同等であり、この２倍した時のみ、符号レジスタから吐
き出されたビット列が符号データとなる。図１３におい
て、Ａ１，Ａ３，Ａ５等の上側にあるＡの奇数はＬＰＳ
となる確率を表し、下側にあるＡの偶数はＭＰＳとなる
確率を表す。ＬＰＳを符号化する場合、および、ＭＰＳ
を符号化したときにオージェントが１／２未満になる場
合は必ず正規化が生じる。なお、図１３では２倍化を説
明するためＡの奇数の値を大きな値として図示したが、
実際はＬＰＳとなる確率は小さいので正規化の生じる頻
度は極めて小さい。

【０００５】図１４は符号化（復号化）する画素の周囲
の１０画素（モデルテンプレート画素）を参照して２¹⁰
個の状態分けを行うもので、それぞれの状態をコンテク
ストと呼ぶ。Ｃが符号化対象画素（復号化対象画素）で
ある。図１５は符号化（復号化）動作を示す概念図であ
る。コンテクストテーブルは符号化する画素Ｃの周囲参
照画素の状態に対応したもので各コンテクストにはＭＰ
Ｓ値（０又は１）と確率推定テーブルの状態番号が記載
されている。このＭＰＳ値は符号化対象画素Ｃが周囲参
照画素の符号化された結果から推定される符号化結果を
表す。例えば周囲の参照画素が全部白（白を０，黒を１
とする）でＣも白であり、周囲参照画素は全て符号化さ
れた値が白（０）であればＣは白に符号化される可能性
が大きい。故にＭＰＳ値は白（０）と表示される。可能
性の少ないＬＰＳ値は黒（１）である。

【０００６】確率推定テーブルには符号化（復号化）対
象シンボルＣがＬＰＳ値をとる確率ＬＳＺが記載されて
おり、コンテクストの状態番号よりこのＬＳＺを読み出
す。制御／演算部は画像データＣ，コンテクストのＭＰ
Ｓ値，確定推定テーブルのＬＳＺからＣの符号化を行
う。符号化の方法を図１２を用いて説明する。最初の画
素の位置ａ１について、オージェントＨは１．０００で
あり、ＬＰＳとなる確率は確率推定テーブルのＬＳＺよ
りＡ（１）となる。ＭＰＳとなる確率は１．０００−Ｌ
ＳＺより求め、Ａ（０）が得られる。次にＣの値とコン
テクストのＭＰＳ値を比べ同じ値ならばＭＰＳとし、確
率Ａ（０）とし、Ａ（０）の一番下（つまり０．０００
の位置）が数直線の値、つまりＣの符号化データとな
る。次にａ２に進む。Ａ（０）の高さがオージェントＨ
１なる。図１５の画像データにおいてＣは右に１つ移動
する。Ｃのあった位置には符号化されたデータが入り、
周辺参照画素が変わってくるのでこれに応じたコンテク
ストが読み出され、このコンテクストの状態番号から確
率推定テーブルが読み出されＬＳＺが得られる。このＬ
ＳＺ値がＡ（０１）となり、オージェントＨ１からＡ
（０１）を引けばＡ（００）が得られる。Ｃは１となっ
ており、このＣの値とコンテクストのＭＰＳの値を比較
する。ＭＰＳの値がａ１の時と変わらず０であったとす
ると、Ｃの「１」とＭＰＳ値「０」とは異なるので符号
結果はＬＰＳとなり、Ａ（０１）の下の線の値が符号化
されたデータとなる。ａ３，ａ４の位置の符号化も同様
である。これにより符号化した値は図１２で示すような
段付直線となる。符号化されたデータはオージェントを
２倍にしたとき毎に送出される。

【０００７】次に復号化する場合を説明する。符号側お
よび復号側とも図１５に示す装置を有している。復号化
は図１２に示すような符号化するのと逆の動作を行う。
図１５において画像データのＣが復号化する画素であ
り、その周辺参照画素は復号化済みである。周辺参照画
像に対応したコンテクストがコンテクストアドレス（図
１５では０ｘ３６４で表される）によって読み出され、
その状態番号から確率推定テーブルを読み出してＬＰＳ
となる確率ＬＳＺを求め、図１２に示すａ１のＡ
（１）、および１．０００よりＡ（１）を引いたＡ
（０）を求める。ここに符号データが入ってくる。符号
データはＡ（０）の下に入ってくるので復号化データは
ＭＰＳであることがわかる。このＭＰＳが「０」か
「１」なのかは、図１５に示すコンテクストのＭＰＳを
見ればわかる。つまりＭＰＳが「０」となっていれば復
号は「０」となる。次にａ２に移りａ１と同様にしてオ
ージェントＨＩ内のＡ（０１）とＡ（００）が求まる。
符号化データはＡ（０１）の下線に入ってきているの
で、ＬＰＳであることがわかる。ここでコンテクストの
ＭＰＳを見てこの値が「０」であればＬＰＳなのでこの
反対の「１」が復号となる。なお、ＭＰＳの値が「１」
であれば復号は「０」となる。以下同様にａ２，ａ３の
データの復号を行う。このように復号化は符号化の逆の
動作をすることにより実現される。

【０００８】図１５に示した算術符号化・復号化装置は
専用ＬＳＩで構成されている。高速符号化／復号化処理
を実現するため、専用ハードウェアを使用し、またコン
テクストデータを格納するＲＡＭは高速アクセスを可能
とするためにＬＳＩに内蔵されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した専用ＬＳＩは
大規模となるため、高価なシステムとなるという問題が
あった。

【００１０】このため小さなハードウェア構成で算術符
号化／復号化装置を実現するため、ＬＳＩ全体の制御や
算術を行う汎用の制御部、演算部で算術符号化／復号化
処理を実行し、これによる演算速度の低下をできるだけ
補うことを目的とする。また、コンテクストテーブル格
納用ＲＡＭとしてＳＲＡＭ等の汎用低速デバイスを用い
るが、書き込みデータを読み取りデータとして利用でき
る場合、書き込みデータを直接読み出しデータとして用
い、読み出し時間を短縮することを目的とする。また、
装置を低コスト化することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の算術符号化・復
号化装置では、現在復号化しているシンボルはこのコン
テクストに表示されている優勢確率シンボルになるもの
として次に復号化するシンボルのコンテクストを現在の
シンボルの復号化処理と並行して先読みする。この本発
明によれば、演算速度を向上させることができるので汎
用の制御部、演算部で算術符号化／復号化処理を実行す
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】請求項１の発明では、周辺参照シ
ンボルの状態に応じた状態番号とこれに基づく現在処理
中のシンボルの可能性の大きい符号化・復号化予測結果
を表す優勢確率シンボルとを表示したコンテクストデー
タよりなるコンテクストテーブルと、前記コンテクスト
データの状態番号に対応した符号化・復号化予測結果の
確率を推定する確率推定テーブルと、この確率推定テー
ブルの出力を用いて符号化・復号化に必要な演算処理を
行う演算手段と、符号化・復号化シンボルの周辺参照シ
ンボルからコンテクストデータのコンテクストアドレス
の生成、前記確率推定テーブルへのアクセス、前記演算
手段との間の符号化・復号化シンボルの転送を含む制御
を行うコンテクストデータ生成部とを備え、前記コンテ
クスト生成部は、復号化動作時、次の復号化シンボル用
のコンテクストデータを、現在処理中の復号化シンボル
の復号結果が優勢確率シンボルであると仮定して先読み
する。

【００１３】請求項１の発明では、復号処理する場合、
対象シンボルの周辺参照シンボルの復号結果に基づいた
コンテクストを読み出し、このコンテクストに基づき復
号処理を実施する。しかしこのようにすると現在の復号
シンボルの復号化が終了しないと次のシンボルのコンテ
クストを読み出せない。そこで現在復号化しているシン
ボルはこのコンテクストに表示されている優勢確率シン
ボル（ＭＰＳ）になるものとして次に復号化するシンボ
ルのコンテクストを現在のシンボルの復号化処理と並行
して先読みする。これによりコンテクスト読み出しの時
間が復号化の時間と並行するので、この読み出し時間だ
け復号化処理全体の時間が短縮される。このためコンテ
クストを記憶する低速なＲＡＭを使用しても高速に復号
化処理を行うことができる。このようにＭＰＳになると
推定できるのは、復号するシンボルがＭＰＳになる確率
は劣勢確率シンボル（ＬＰＳ）になる確率より十分大き
いことが一般的な画像データの性質であり、また特殊な
画像データでも復号化したシンボルがＭＰＳとなる確率
はＬＰＳとなる確率より大きいからである。

【００１４】請求項２の発明では、請求項１における前
記コンテクストデータ生成部は、現在処理中の復号化シ
ンボルの復号結果が優勢確率シンボルと反対の意味を有
する劣勢確率シンボルであったときは、この復号結果に
基づくコンテクストデータを次の復号化シンボル用に再
度読み込む。

【００１５】請求項２の発明では、請求項１の発明で現
在復号化処理したシンボルがＬＰＳであった場合は、先
読みしたコンテクストデータを捨ててこのＬＰＳとなっ
た周辺参照シンボルのコンテクストを次の復号化シンボ
ル用に読み出す。ＭＰＳと推定したものがＬＰＳとなっ
ても、現在の復号化シンボルの復号化終了後、次の復号
化シンボル用のコンテクストを読み出すと言う従来の方
法と同じくなるだけである。しかも上述したようにＭＰ
ＳがＬＰＳになる確率は少ないので、ＭＰＳと推定して
次の復号化シンボル用のコンテクストを先読みすること
は復号処理時間を短縮する。

【００１６】請求項３の発明では、周辺参照シンボルの
状態に応じた状態番号とこれに基づく現在処理中のシン
ボルの可能性の大きい符号化・復号化予測結果を表す優
勢確率シンボルとを表示したコンテクストデータよりな
るコンテクストテーブルと、前記コンテクストデータの
状態番号に対応した符号化・復号化予測結果の確率を推
定する確率推定テーブルと、この確率推定テーブルの出
力を用いて符号化・復号化に必要な演算処理を行う演算
手段と、符号化・復号化シンボルの周辺参照シンボルか
らコンテクストデータのコンテクストアドレスの生成、
前記確率推定テーブルへのアクセス、前記演算手段との
間の符号化・復号化シンボルの転送を含む制御を行うコ
ンテクストデータ生成部とを備え、前記コンテクストデ
ータ生成部は、前記コンテクストデータのアドレスを次
のアドレスが出力されるまで保持するアドレス保持手段
と、このアドレス保持手段に保持されたアドレスと次の
アドレスを比較し一致したとき一致信号を出力するアド
レス比較手段と、出力するコンテクストデータを一時保
持する第１保持手段と、入力するコンテクストデータを
一時保持する第２保持手段と、前記一致信号により第１
保持手段より出力されたデータを前記第２保持手段に入
力するように切り換えを行う切換手段とを有し、この動
作をシンボルの符号化・復号化処理と次の符号化・復号
化シンボル用のコンテクストデータを読み込む動作とを
並行して行う場合に実施させる。

【００１７】請求項３の発明では、符号化・復号化処理
で正規化処理（オージェントが初期値の１／２未満にな
ったときオージェントを２倍して演算精度を保つ処理）
を行う場合で正規化が発生すると発生したシンボルのコ
ンテクストアドレスのコンテクストに正規化後のコンテ
クストデータを書き込むが、次のシンボルのコンテクス
トアドレスも同一のときがある。コンテクストデータは
次のシンボルの符号化・復号化用に読み込む必要がある
が、アドレスが同一の時はこの書き込むコンテクストデ
ータと読み込むコンテクストデータは同じデータとなる
ので、書き込む前に読み出すことにより、読み出し時間
を短縮することができる。アドレス保持手段は次のコン
テクストアドレスが出されると保持しているアドレスを
出力するが、この出力するアドレスと入力するアドレス
をアドレス比較手段で比較し、一致すると一致信号を出
力する。一方コンテクストデータ生成部からはコンテク
ストテーブルを格納したコンテクストＲＡＭ側へ正規化
により書き直したコンテクストを出力し、これを第１保
持手段で一時保持した後、コンテクストＲＡＭに出力す
る。またコンテクストＲＡＭから次のシンボルのコンテ
クストデータを読み出すとき、第２保持手段に一時保持
した後、コンテクストデータ生成部へ読み出す。そこで
一致信号がくると、第１保持手段から出力された書き直
したデータをコンテクストＲＡＭに入力すると共に第２
保持手段にも入力するように切換手段で切り換え、第２
保持手段のコンテクストデータをコンテクストデータ生
成部に再び読み込む。このようにすると、コンテクスト
ＲＡＭに書き込まれた後にこれを再び読み出す従来の方
法よりも短時間に次のシンボル用のコンテクストデータ
を読み出すことができるので、符号化・復号化処理時間
が短縮される。

【００１８】請求項４の発明では、周辺参照シンボルの
状態に応じた状態番号とこれに基づく現在処理中のシン
ボルの可能性の大きい符号化・復号化予測結果を表す優
勢確率シンボルとを表示したコンテクストデータよりな
るコンテクストテーブルと、前記コンテクストデータの
状態番号に対応した符号化・復号化予測結果の確率を推
定する確率推定テーブルと、この確率推定テーブルの出
力を用いて符号化・復号化に必要な演算処理を行う演算
手段と、符号化・復号化シンボルの周辺参照シンボルか
らコンテクストデータのコンテクストアドレスの生成、
前記確率推定テーブルへのアクセス、前記演算手段との
間の符号化・復号化シンボルの転送を含む制御を行うコ
ンテクストデータ生成部とを備え、前記演算手段は、下
位と上位に分割された１対の符号レジスタと、この分割
された符号レジスタのビット幅で演算を行う演算器と、
この演算器の出力のキャリーアウトを次回の演算のキャ
リーインとして保持する保持器と、この保持器の出力と
外部キャリーインデータを選択して出力するセレクタと
を有している。

【００１９】請求項４の発明では、符号化処理において
符号データを保持する符号レジスタを下位と上位レジス
タに分割し、下位レジスタと同じビット幅のレジスタと
演算する場合、上位レジスタにはオール０と下位レジス
タの演算のキャリーアウトをキャリーインとして加える
ことにより、演算器を下位レジスタのビット幅のものに
することができる。これにより全体制御用のビット幅の
小さい演算部を算術符号化／復号化用の演算部に流用す
ることができ、装置の小型化や低価格化を実現できる。

【００２０】請求項５の発明では、周辺参照シンボルの
状態に応じた状態番号とこれに基づく現在処理中のシン
ボルの可能性の大きい符号化・復号化予測結果を表す優
勢確率シンボルとを表示したコンテクストデータよりな
るコンテクストテーブルと、前記コンテクストデータの
状態番号に対応した符号化・復号化予測結果の確率を推
定する確率推定テーブルと、この確率推定テーブルの出
力を用いて符号化・復号化に必要な演算処理を行う演算
手段と、符号化・復号化シンボルの周辺参照シンボルか
らコンテクストデータのコンテクストアドレスの生成、
前記確率推定テーブルへのアクセス、前記演算手段との
間の符号化・復号化シンボルの転送を含む制御を行うコ
ンテクストデータ生成部と、このコンテクストデータ生
成部が前記コンテクストテーブルにアクセスするのを制
御するコンテクストバス制御手段とを備え、前記確率推
定テーブル、前記演算手段、前記コンテクストデータ生
成部および前記コンテクストバス制御手段とが１チップ
化され、このチップの外部に設けられたコンテクストテ
ーブルとバスを通じてアクセス可能となっている。

【００２１】請求項５の発明では、コンテクストテーブ
ル格納用のＲＡＭをＬＳＩの１チップ内に組み込まずに
外部接続とすることにより低価格のＲＡＭを使用するこ
とができ、装置の低価格化を実現できる。

【００２２】以下、本発明の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１は実施の形態の画像データ算術
符号化／復号化装置の構成を示すブロック図である。マ
イクロ−プログラム制御部１０１はマイクロプログラム
インストラクションＲＯＭ１０２に格納されたプログラ
ムにより算術符号化／復号化装置を構成する各ブロック
を制御し、符号化／復号化処理を実施する。演算部１０
３はレジスタファイル１０４内の各レジスタの値を演算
する。レジスタファイル１０４には符号データを演算す
る符号レジスタが下位、上位レジスタとなって設けら
れ、また図１２で説明したオージェントデータを格納す
るオージェントレジスタなどが含まれ、確率推定テーブ
ルＲＯＭ１０９のデータを用いて符号化／復号化に必要
な演算処理を行う。システムバス制御部１０５は図示し
ない外部ＭＰＵやＤＭＡＣ（直接メモリアクセス制御装
置）とシステムバス信号で接続され、符号化／復号化動
作の開始／終了通知や符号データの転送を行う。符号デ
ータ制御部１０６は符号データのエスケープコードの後
のスタッフバイトの挿入／削除やマーカコードの検出等
を行う。

【００２３】コンテスト生成部１０７は、図１４，１５
で説明した符号化／復号化する画素の周辺参照画素、例
えば１０個の２¹⁰通りの状態を表すコンテクストデータ
のアドレス（図１５では０ｘ３６４で示している）の生
成やこのコンテクストデータに記載された状態番号から
確率推定テーブルＲＯＭ１０９へのアクセス、演算部１
０３との符号化／復号化シンボルのやりとり、イメージ
バス制御部１０８やコンテクストバス制御部１１０の制
御を行う。イメージバス制御部１０８は外部画像データ
ＲＡＭ１１１とイメージバス信号で接続されており、参
照ライン画像データや符号化ライン画像データの入力、
復号化ライン画像データの出力を制御する。

【００２４】確率推定テーブルＲＯＭ１０９は図１５に
示すように符号化／復号化対象画素が符号化、復号化さ
れるときの確率の少ない方のＬＰＳとなる確率ＬＳＺ、
ＬＳＰ処理時の次状態番号、ＭＰＳ処理時の次状態番号
などが記入されている。コンテクストバス制御部１１０
はコンテクストデータを格納したコンテクストＲＡＭ１
１２とコンテクストバス信号で接続され、コンテクスト
データ生成部１０７に指示されたコンテクストアドレス
やコンテクストデータを元にコンテクストＲＡＭのリー
ド／ライトを行う。なお、図１で１点鎖線で囲まれた範
囲が１チップのＬＳＩとして構成され外部画像データー
ＲＡＭ１１１，コンテクストＲＡＭ１１２と接続されて
いる。これによりＬＳＩの構成を簡略化し、汎用低速Ｓ
ＲＡＭをコンテクストＲＡＭとして使用することができ
る。

【００２５】図２はコンテクストバス制御部１１０の詳
細な構成図である。図２において左側はコンテクストデ
ータ生成部１０７と接続し、右側はコンテクストＲＡＭ
１１２と接続する。コンテクストデータ生成部１０７か
ら出力されるコンテクストデータのアドレスはアドレス
ラッチ２０１で一旦格納された後、アドレスバッファ２
０３に入り、その後コンテクストＲＡＭ１１２に入力す
る。アドレスラッチ２０１に入っている前回のアドレス
と、入ってくる今回のアドレスをアドレス比較器２０２
が比較し一致すると一致信号を出力する。一方コンテク
ストデータ生成部１０７より出力されるコンテクストデ
ータ（正規化により補正されたコンテクストデータ）は
データラッチ２０４に一旦ラッチされ、次にデータバッ
ファ２０７に入った後、コンテクストＲＡＭ１１２に書
き込まれる。またコンテクストＲＡＭ１１２より読み出
されたデータはデータバッファ２０７に一旦格納された
後、データラッチ２０５でラッチされ、コンテクストデ
ータ生成部１０７に読み込まれる。セレクタ２０６は一
致信号により、データラッチ２０４より出力されたコン
テクストデータをデータラッチ２０５に取り込む。な
お、データラッチ２０４より出力されたコンテクストデ
ータはデータバッファ２０７にも入力されコンテクスト
ＲＡＭ１１２に書き込まれる。

【００２６】図３は演算部１０３とレジスタファイル１
０４の詳細な構造図である。レジスタファイル１０４に
は符号レジスタが下位符号レジスタ３０２と上位符号レ
ジスタ３０３に分割され１６ビットのレジスタとして設
けられている。オージェントレジスタ３０４や他のレジ
スタも設けられているが、いずれも１６ビット以下のビ
ット数のレジスタである。演算器３０５はＬＳＩの他の
処理をするものと同一のもので演算ビット数はレジスタ
ファイル１０４内のレジスタと同じ１６ビットである。
セレクタ３０６はレジスタファイル１０４からの入力と
１６ビットのオール「０」の値を選択して演算入力２と
して演算器３０５に入力する。演算器３０５から演算に
よって出力されるキャリーアウトの値はラッチ３０８に
も一時格納され、セレクタ３０７で他のキャリーインデ
ータと選択されて演算器３０５に入力される。

【００２７】次に第１の実施の形態を説明する。本実施
の形態は復号化処理において、現在復号化中の画素の次
の画素のコンテクストデータを現在の画素の復号結果が
コンテクストデータで示されたＭＰＳになるとして、先
読みを行うものである。シンボル（画素）を復号化する
場合、コンテクストデータ生成部１０７はその画素の既
に復号化された周辺画素を参照してコンテクストデータ
を読み出すため、まずそのアドレスを生成する。コンテ
クストデータには図１５で説明したようにその画素が復
号化された時になる可能性の高いＭＰＳと状態番号など
の復号化に必要なデータが含まれている。復号化しよう
とする画素は前の画素を含めた周辺画素を参照するため
前の画素の復号化が終わり、この結果を含んだコンテク
ストデータを読み出してこれに基づき復号化する。図４
（ａ）はこの状況を説明するもので、Ｎ−１画素を復号
化する場合、Ｎ−２画素まで復号化が終了しており、こ
のＮ−２画素の復号結果を含んだＮ−１画素用のコンテ
クストデータをコンテクストＲＡＭ１１２から読み出し
て復号化処理を行う。

【００２８】図８は従来行われているコンテクストデー
タの読み出しと復号化処理の関係を示すタイミングチャ
ートで、Ｎ−１画素の復号化が終わるとこの結果を加味
したＮ画素用のコンテクストデータを読み出し、これに
基づいてＮ画素の復号化を行い、この終了後、Ｎ＋１画
素用のコンテクストデータを読み出していく。これに対
して第１の実施の形態では図４（ｂ）に示すように現在
復号化処理中の画素をＮ−１画素とすると、Ｎ−１画素
は復号化されるとＭＰＳになるものとし、次の画素Ｎ用
のコンテクストデータを復号化処理と並行して読み込ん
でおき、Ｎ−１画素の復号化処理が終了したら直ちにＮ
画素の復号化処理を行う。なおＮ−１画素のＭＰＳの値
は図１５で説明したようにＮ−１画素用のコンテクスト
データに記載されている。

【００２９】図５は第１の実施の形態のコンテクストデ
ータの読み出しと復号化処理のタイミングチャートで、
ステップ２に示すようにＮ−１画素の復号化処理と並行
してＮ画素用のコンテクストデータをコンテクストＲＡ
Ｍ１１２から読み込んでいる。このため図８と比較する
とコンテクストデータを読み込む時間が短縮される。し
かしながらこのようにして復号化処理を進めた場合、例
えばＮ画素の復号化結果がＬＰＳとなる場合がある。つ
まりコンテクストデータに記載のＭＰＳにならない場合
である。このときは、Ｎ画素がＭＰＳであるという前提
で読み込んだＮ＋１画素用のコンテクストデータは役に
立たないため、Ｎ画素の復号結果に基づくＮ＋１画素用
のコンテクストデータを再度読み出す。図５のステップ
４はこの再読み出しを示す。この読み込んだＮ＋１画素
用コンテクストデータに基づいてＮ＋１画素の復号化処
理を行う。なお、この場合手順は図８に示す従来の手順
と同じである。

【００３０】復号画素がＭＰＳとなる確率はＬＰＳとな
る確率よりずっと大きいので、再読み込みする場合は少
なく、復号化処理を高速で実行できる。またＬＰＳとな
った場合、再読み出しを行うが、これは従来の通常手順
と同じであり、従来の手順より遅くなることはない。

【００３１】次に第２の実施の形態を説明する。本実施
の形態は符号化／復号化動作中に図１２，１３で説明し
たオージェントを２倍にする正規化が行われ、かつ正規
化が発生した画素と次の画素のコンテクストアドレスが
同一の時、次の画素用のコンテクストデータの読み込み
を短時間で行うものである。

【００３２】図９は図５で説明したと同様に符号化処理
と次に符号化する画素のコンテクストデータの先読みと
を並行して実施中に正規化が発生した場合のコンテクス
トデータ再読み込みを示すタイミングチャートである。
符号化または復号化中に正規化処理（リノーマライズ）
が発生するとコンテクストデータ生成部１０７はコンテ
クストＲＡＭ１１２のその画素のコンテクストアドレス
に正規化処理後のコンテクストデータを書き込むが、次
の符号化または復号化画素のコンテクストアドレスも同
一、つまりこのアドレスのコンテクストデータはこの正
規化処理後のコンテクストデータと同じ場合がある。図
９で画素Ｎを符号化中にリノーマライズが発生すると、
Ｎ画素のコンテクストデータを書き直し、これをコンテ
クストＲＡＭ１１２に書き込む。Ｎ画素と次のＮ＋１画
素のコンテクストアドレスが同じ場合は、その書き込ん
だコンテクストデータをＮ＋１画素用のコンテクストデ
ータとして読み出し、これに基づきＮ＋１画素の符号化
処理を行う。

【００３３】本実施の形態ではコンテクストバス制御部
１１０は図２に示した構成を有しているので、この再読
み出しを短時間に実施できる。図６は本実施の形態の再
読み出しのタイミングチャートを示す。図９と比較する
とＮ＋１画素用コンテクストデータの再読み出しがなく
なり、ステップ４とステップ５の間に１クロック分のア
ドレス同一処理が入るだけである。このため図９に示す
ようにＮ＋１画素用コンテクストデータの再読み出しが
３クロックかかることに比較して２クロック分短縮でき
る。

【００３４】図２、図６を用いて第２の実施の形態の動
作を説明する。Ｎ画素のコンテクストアドレスが入って
いるアドレスラッチ２０１に次のＮ＋１画素のアドレス
が入ってくると、アドレス比較器２０２はこの両アドレ
スを比較し、同一であれば一致信号を出力する。またＮ
画素でリノーマライズが発生するとその発生したＮ画素
のコンテクストデータが訂正されてコンテクストデータ
生成部１０７からデータラッチ２０４に出力されラッチ
される。次にＮ＋１画素のコンテクストデータとそのア
ドレスが出力されるとＮ画素用のコンテクストデータは
データラッチ２０４から出力されデータバッファ２０７
に入る。このときアドレス比較器２０２から一致信号が
出され、データラッチ２０４から出力されたＮ画素用の
コンテクストデータをセレクタ２０６を介してデータラ
ッチ２０５へも入力する。Ｎ画素用とＮ＋１画素用のコ
ンテクストアドレスは同一なのでＮ画素用のコンテクス
トデータはＮ＋１画素用のコンテクストデータとなるの
で、データラッチ２０５のＮ画素用コンテクストデータ
をコンテクストデータ生成部１０７が読み込むことによ
り、コンテクストＲＡＭ１１２から読み出したと同じこ
とになる。

【００３５】次に第３の実施の形態を説明する。本実施
の形態は符号化データを得るための符号化レジスタを下
位と上位のレジスタに分割し、演算器のビット幅もこれ
に応じて小さいものを用い、演算部１０３を専用の大き
なものとせず、他の処理に用いている演算部と同一の構
成として装置の簡略化、低価格化を図ったものである。
図１０は従来の演算部とレジスタファイルを示した図
で、符号レジスタ、オージェントレジスタ、その他のレ
ジスタは３２ビットで構成され、演算部もこのレジスタ
の演算を行うため２７ビット以上の能力を有している。
図１１は符号データを得るために行われる符号レジスタ
とオージェントレジスタの加算を示し、単純に符号レジ
スタとオージェントレジスタを加算し、その結果を符号
レジスタに代入している。

【００３６】第３の実施の形態では、図３で説明したよ
うに符号レジスタを下位、上位それぞれ１６ビットのレ
ジスタとし、オージェントレジスタ、その他のレジスタ
も１６ビットとしている。算術符号化／復号化では符号
レジスタとオージェントレジスタの加算が行われる。こ
の場合、符号データは、２７ビット以上であるが３２ビ
ット以下にはなる。オージェントデータは１７ビットあ
るが最上位桁（ＭＳＢ）は使用されないので１６ビット
のレジスタを用いることができる。

【００３７】図７は図３の演算部で符号レジスタとオー
ジェントレジスタの加算を行うフロー図である。まず演
算器３０５の演算入力１を下位符号レジスタ３０２の出
力とし、演算入力２をオージェントレジスタ３０４の出
力とし、演算器３０５を加算動作させる（Ｓ７０１）。
この演算結果を下位符号レジスタ３０２に保存し、同時
に演算入力１を上位符号レジスタ３０３から入力し、演
算入力２をセレクタ３０６を切り替えて全ての桁を
「０」とし、キャリーイン入力を前回の加算演算のキャ
リーアウトでラッチ３０８に保存された値にセレクタ３
０７で選択する（Ｓ７０２）。この２つの動作は同時に
実行できる。次に演算結果を上位符号レジスタ３０３に
保存する（Ｓ７０３）。これにより図１１に示す加算手
順に対し１クロック多いだけで符号化／復号化を実行で
きる。また演算部の構成を簡略化し、汎用の演算部の使
用を可能とする。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
は、次の効果を有する。復号化動作時に復号化中のシンボルをＭＰＳと仮定し
てコンテクストデータを先読みすることにより次のシン
ボルのコンテクストデータの読み込みと、シンボルの復
号化を並行して実行できるので、高速な復号化処理を実
施できる。アドレス比較器によりコンテクストデータの連続する
コンテクストデータのアドレスを比較して同一のアドレ
スの場合で、リノーマライズしたシンボルのコンテクス
トデータがコンテストＲＡＭへ出力される場合、そのコ
ンテクストデータを次のシンボル用として用いることに
より、リノーマライズ処理後の次のシンボルの符号化／
復号化処理を迅速に実行できる。符号レジスタを下位レジスタと上位レジスタに分割
し、演算部に下位レジスタの演算のキャリーアウトを上
位レジスタの演算のキャリーインとして使用することに
より、演算器のビット幅を少なくすることができ、符号
化／復号化処理専用のものから汎用の制御に使用する演
算部を用いて実行することができるので、処理速度の大
幅低下なしに、小さな回路規模で算術符号化装置を実現
できる。コンテクストＲＡＭを符号化／復号化装置のＬＳＩチ
ップから外して外付けすることにより、ＳＲＡＭ等の汎
用低速デバイスを用いることができ、低価格化を実現で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の画像データ算術符号化／復号化装置の
構成を示すブロック図

【図２】コンテクストバス制御部の詳細な構成図

【図３】演算部とレジスタファイルの詳細な構成図

【図４】復号化画素と周辺参照画素の関係を示す図

【図５】第１の実施の形態のコンテクストデータの読み
出しと復号化処理のタイミングチャート

【図６】第２の実施の形態のコンテクストデータの読み
出しと符号化処理のタイミングチャート

【図７】第３の実施の形態の演算部のフロー図

【図８】従来のコンテクストデータの読み出しと復号化
処理のタイミングチャート

【図９】コンテクストデータの読み出しと符号化処理を
並行して実行中にリノーマライズが発生した場合のタイ
ミングチャート

【図１０】従来の演算部とレジスタファイルを示した図

【図１１】従来の演算部とレジスタファイルによる演算
フロー図

【図１２】算術符号化処理を説明する図

【図１３】算術符号化処理における正規化処理を示す図

【図１４】符号化または復号化対象画素に対する周辺参
照画素を示す図

【図１５】符号化／復号化動作を示す概念図

【符号の説明】

１０３演算部１０４レジスタファイル１０７コンテクストデータ生成部１０８イメージバス制御部１０９確率推定テーブル１１０コンテクストバス制御部１１１外部画像データＲＡＭ１１２コンテクストＲＡＭ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】周辺参照シンボルの状態に応じた状態番
号とこれに基づく現在処理中のシンボルの可能性の大き
い符号化・復号化予測結果を表す優勢確率シンボルとを
表示したコンテクストデータよりなるコンテクストテー
ブルと、前記コンテクストデータの状態番号に対応した
符号化・復号化予測結果の確率を推定する確率推定テー
ブルと、この確率推定テーブルの出力を用いて符号化・
復号化に必要な演算処理を行う演算手段と、符号化・復
号化シンボルの周辺参照シンボルからコンテクストデー
タのコンテクストアドレスの生成、前記確率推定テーブ
ルへのアクセス、前記演算手段との間の符号化・復号化
シンボルの転送を含む制御を行うコンテクストデータ生
成部とを備え、前記コンテクスト生成部は、復号化動作
時、次の復号化シンボル用のコンテクストデータを、現
在処理中の復号化シンボルの復号結果が優勢確率シンボ
ルであると仮定して先読みすることを特徴とする算術符
号化・復号化装置。
【請求項２】前記コンテクストデータ生成部は、現在
処理中の復号化シンボルの復号結果が優勢確率シンボル
と反対の意味を有する劣勢確率シンボルであったとき
は、この復号結果に基づくコンテクストデータを次の復
号化シンボル用に再度読み込むことを特徴とする請求項
１記載の算術符号化・復号化装置。
【請求項３】周辺参照シンボルの状態に応じた状態番
号とこれに基づく現在処理中のシンボルの可能性の大き
い符号化・復号化予測結果を表す優勢確率シンボルとを
表示したコンテクストデータよりなるコンテクストテー
ブルと、前記コンテクストデータの状態番号に対応した
符号化・復号化予測結果の確率を推定する確率推定テー
ブルと、この確率推定テーブルの出力を用いて符号化・
復号化に必要な演算処理を行う演算手段と、符号化・復
号化シンボルの周辺参照シンボルからコンテクストデー
タのコンテクストアドレスの生成、前記確率推定テーブ
ルへのアクセス、前記演算手段との間の符号化・復号化
シンボルの転送を含む制御を行うコンテクストデータ生
成部とを備え、前記コンテクストデータ生成部は、前記
コンテクストデータのアドレスを次のアドレスが出力さ
れるまで保持するアドレス保持手段と、このアドレス保
持手段に保持されたアドレスと次のアドレスを比較し一
致したとき一致信号を出力するアドレス比較手段と、出
力するコンテクストデータを一時保持する第１保持手段
と、入力するコンテクストデータを一時保持する第２保
持手段と、前記一致信号により第１保持手段より出力さ
れたデータを前記第２保持手段に入力するように切り換
えを行う切換手段とを有し、この動作をシンボルの符号
化・復号化処理と次の符号化・復号化シンボル用のコン
テクストデータを読み込む動作とを並行して行う場合に
実施させることを特徴とする算術符号化・復号化装置。
【請求項４】周辺参照シンボルの状態に応じた状態番
号とこれに基づく現在処理中のシンボルの可能性の大き
い符号化・復号化予測結果を表す優勢確率シンボルとを
表示したコンテクストデータよりなるコンテクストテー
ブルと、前記コンテクストデータの状態番号に対応した
符号化・復号化予測結果の確率を推定する確率推定テー
ブルと、この確率推定テーブルの出力を用いて符号化・
復号化に必要な演算処理を行う演算手段と、符号化・復
号化シンボルの周辺参照シンボルからコンテクストデー
タのコンテクストアドレスの生成、前記確率推定テーブ
ルへのアクセス、前記演算手段との間の符号化・復号化
シンボルの転送を含む制御を行うコンテクストデータ生
成部とを備え、前記演算手段は、下位と上位に分割され
た１対の符号レジスタと、この分割された符号レジスタ
のビット幅で演算を行う演算器と、この演算器の出力の
キャリーアウトを次回の演算のキャリーインとして保持
する保持器と、この保持器の出力と外部キャリーインデ
ータを選択して出力するセレクタとを有していることを
特徴とする算術符号化・復号化装置。
【請求項５】周辺参照シンボルの状態に応じた状態番
号とこれに基づく現在処理中のシンボルの可能性の大き
い符号化・復号化予測結果を表す優勢確率シンボルとを
表示したコンテクストデータよりなるコンテクストテー
ブルと、前記コンテクストデータの状態番号に対応した
符号化・復号化予測結果の確率を推定する確率推定テー
ブルと、この確率推定テーブルの出力を用いて符号化・
復号化に必要な演算処理を行う演算手段と、符号化・復
号化シンボルの周辺参照シンボルからコンテクストデー
タのコンテクストアドレスの生成、前記確率推定テーブ
ルへのアクセス、前記演算手段との間の符号化・復号化
シンボルの転送を含む制御を行うコンテクストデータ生
成部と、このコンテクストデータ生成部が前記コンテク
ストテーブルにアクセスするのを制御するコンテクスト
バス制御手段とを備え、前記確率推定テーブル、前記演
算手段、前記コンテクストデータ生成部および前記コン
テクストバス制御手段とが１チップ化され、このチップ
の外部に設けられたコンテクストテーブルとバスを通じ
てアクセス可能となっていることを特徴とする算術符号
化・復号化装置。