JP2005237004A - 変換係数を算術符号化、復号化するための方法と装置および対応するコンピュータプログラムと対応するコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体 - Google Patents
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Abstract
【課題】変換係数を算術符号化、復号化するための方法と装置、および対応するコンピュータプログラムと対応するコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体に関するものである。
【解決手段】ビデオ符号化の分野における変換係数のバイナリ算術符号化のための新規かつ効率的な方法として使用可能なものである。このため、変換係数の絶対値をバイナリ化し、非適応型コンテキストを用いて接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化し、適応型コンテキストを用いて、単項バイナリゼーションまたは接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化する。
【選択図】図３
【解決手段】ビデオ符号化の分野における変換係数のバイナリ算術符号化のための新規かつ効率的な方法として使用可能なものである。このため、変換係数の絶対値をバイナリ化し、非適応型コンテキストを用いて接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化し、適応型コンテキストを用いて、単項バイナリゼーションまたは接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化する。
【選択図】図３
Description
本発明は、画像および／またはビデオ符号器と復号器における変換係数（transform coefficients）を符号化、復号化するための方法と装置、および対応するコンピュータプログラムと対応するコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体に関するものであり、特にこれらは、ビデオ符号化の分野における変換係数のバイナリ算術符号化（非特許文献１、Ｈ２６４／ＡＶＣ説明内ＣＡＢＡＣ（コンテキスト適応型バイナリ算術符号化）を参照）のための新規かつ効率的な方法として使用可能なものである。
ビデオ符号化のための現在のハイブリッドブロックベースの規格、例えば非特許文献２のＭＰＥＧ−２、非特許文献３のＨ２６３、非特許文献４のＭＰＥＧ−４においては、量子化された変換係数（レベル:levels）のブロックは、所定のスキャンプロセスによりあるベクトルへとマッピングされ、そのベクトルはランレングス符号化（run-length coding）とその後のマッピングとを用いて可変長符号語へと符号化される。
非特許文献２のＭＰＥＧ−２においては、可変長符号語は２次元事象(event)（ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）と関連付けられ、このＬＥＶＥＬとは、量子化されて非ゼロとなる（有意な）変換係数の量子化された値を表す。ランレングスＲＵＮは、後続の量子化されてゼロになる（無意な）変換係数の数を表しており、これらゼロ係数は、変換係数のベクトルの中では、上記有意変換係数の直前に位置するものである。さらに、可変長符号語は、２つの特別な事象ＥＯＢとＥＳＣＡＰＥについて定義される。事象ＥＯＢは、そのブロックの中に有意変換係数がこれ以上存在しないことを示し、他方、事象ＥＳＣＡＰＥは、現存の事象（ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）が、可変長符号語で定義されたアルファベットによって表されることは不可能であることを示す。この場合には、シンボルＲＵＮおよびＬＥＶＥＬは、固定長を有する符号語により符号化される。
より新しい符号化規格である非特許文献３のＨ２６３、非特許文献４のＭＰＥＧ−４においては、可変長符号語の関連づけは、３次元事象（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）を基にして実行される。ここでは、バイナリシンボル(二値記号)ＬＡＳＴは、当該の有意変換係数がそのブロック内において最後の有意係数であるか否か、あるいは、さらなる有意変換係数が後に続くか否かを示す。これらの３次元事象を用いることによって、追加的な事象ＥＯＢが不要となる。事象ＥＳＣＡＰＥはＭＰＥＧ−２の場合と同様に使用されるが、ここではバイナリシンボルＬＡＳＴが、事象ＲＵＮおよびＬＥＶＥＬに加えて符号化される。
ＭＰＥＧ−２、Ｈ２６３、ＭＰＥＧ−４において実現された変換係数の符号化には、以下のような欠点がある。
−各符号化の事象について整数長さを有する符号語のみが関連づけられることができ、０．５より大きな確率を有する事象の効率的な符号化は実行されることができない。
−符号化の事象を可変長符号語にマッピングするために、１つのブロック内の全ての変換係数に対し１つの固定的なテーブルを使用することは、位置または周波数に依存するシンボル統計を考慮していない。
−現実に存在するシンボル統計に対する適応が不可能である。
−シンボル相互間に存在する冗長性について有効利用がなされていない。
−各符号化の事象について整数長さを有する符号語のみが関連づけられることができ、０．５より大きな確率を有する事象の効率的な符号化は実行されることができない。
−符号化の事象を可変長符号語にマッピングするために、１つのブロック内の全ての変換係数に対し１つの固定的なテーブルを使用することは、位置または周波数に依存するシンボル統計を考慮していない。
−現実に存在するシンボル統計に対する適応が不可能である。
−シンボル相互間に存在する冗長性について有効利用がなされていない。
Ｈ２６３規格の付則Ｅには、選択的な非適応型算術符号化が明記され、そこでは、異なる所定のモデル確率分布（model probability distribution）が使用されており、
−第１、第２、第３事象（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）／ＥＳＣＡＰＥのために各々１つずつ
−変換係数のブロックの、次の事象（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）／ＥＳＣＡＰＥの全てのためにもう１つ
−ＥＳＣＡＰＥ事象の後に符号化されるシンボルＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬのためにも各々１つずつ使用されている。
−第１、第２、第３事象（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）／ＥＳＣＡＰＥのために各々１つずつ
−変換係数のブロックの、次の事象（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）／ＥＳＣＡＰＥの全てのためにもう１つ
−ＥＳＣＡＰＥ事象の後に符号化されるシンボルＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬのためにも各々１つずつ使用されている。
しかしながら、以下の理由により、この選択的算術符号化によってもはっきりとした符号化効率の向上を認めることができない。
−非整数長さを有する符号語が符号化事象に関連付けられることができるという算術符号化の長所は、フォーム（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）の結合型の事象を使用することで、符号化効率に影響を与えることがほとんどない。
−異なる確率分布を使用することによる長所は、現実に存在するシンボル統計に対する適応が不可能であるという事実により、消去されてしまう。
−非整数長さを有する符号語が符号化事象に関連付けられることができるという算術符号化の長所は、フォーム（ＬＡＳＴ，ＲＵＮ，ＬＥＶＥＬ）の結合型の事象を使用することで、符号化効率に影響を与えることがほとんどない。
−異なる確率分布を使用することによる長所は、現実に存在するシンボル統計に対する適応が不可能であるという事実により、消去されてしまう。
非特許文献５は、ハイブリッドビデオコーダにおいて適応型バイナリ算術符号化により変換係数を符号化する方法であって、実存のシンボル統計に対する確率の適応を保証する方法について述べた最初の出版物の１つを示す。
非特許文献１のＨ．２６４／ＡＶＣにおいては、変換係数を符号化するための可変長符号語に基づくコンテキスト適応型の方法が、エントロピー符号化の標準的な方法として明記されている。ここでは、変換係数のブロックの符号化は、以下の特徴によって決定される。
−１つのブロック内の有意係数の数と、変換係数ベクトルの終点において量子化されて１となる後続の係数の数との両方は、１つのシンボルＣＯＥＦＦ＿ＴＯＫＥＮにより決定される。ブロックタイプと、隣接するブロックのために既に符号化／復号化されたこれらシンボルＣＯＥＦＦ＿ＴＯＫＥＮとに依存して、符号化のために、５つの定義された符号語テーブルから１つのテーブルが選択される。
−係数ベクトルの終点において量子化されて１となる変換係数のために、たった１個のビットが正負符号(sign)を特定するために変換され、他方、残りの有意変換係数の値（レベル）は、逆のスキャン順序で結合型接頭接尾符号語(combined prefix suffix code word)により符号化される。
−もし有意変換係数の数が対応するブロックのための変換係数の数よりも小さいときは、あるシンボルＴＯＴＡＬ＿ＺＥＲＯＳが符号化されるであろう。これは、係数ベクトルの中では最後の有意係数の前に位置し、量子化されてゼロになる変換係数の数を表すものである。このために、１８個の符号語テーブルが明記されてあり、これらは有意係数の数とブロックタイプとに依存して切り替えられる。
−有意係数の前に位置する、量子化されてゼロになる（無意の）変換係数のランレングス（ＲＵＮ）は、各有意変換係数のために逆のスキャン順序で符号化される。この符号化は、既に符号化されたＲＵＮの合計がシンボルＴＯＴＡＬ＿ＺＥＲＯＳよりも小さい限り実行される。シンボルＴＯＴＡＬ＿ＺＥＲＯＳと、既に符号化／復号化されたＲＵＮとに依存して、７個の符号語テーブルの間における切り替えが実行される。
−１つのブロック内の有意係数の数と、変換係数ベクトルの終点において量子化されて１となる後続の係数の数との両方は、１つのシンボルＣＯＥＦＦ＿ＴＯＫＥＮにより決定される。ブロックタイプと、隣接するブロックのために既に符号化／復号化されたこれらシンボルＣＯＥＦＦ＿ＴＯＫＥＮとに依存して、符号化のために、５つの定義された符号語テーブルから１つのテーブルが選択される。
−係数ベクトルの終点において量子化されて１となる変換係数のために、たった１個のビットが正負符号(sign)を特定するために変換され、他方、残りの有意変換係数の値（レベル）は、逆のスキャン順序で結合型接頭接尾符号語(combined prefix suffix code word)により符号化される。
−もし有意変換係数の数が対応するブロックのための変換係数の数よりも小さいときは、あるシンボルＴＯＴＡＬ＿ＺＥＲＯＳが符号化されるであろう。これは、係数ベクトルの中では最後の有意係数の前に位置し、量子化されてゼロになる変換係数の数を表すものである。このために、１８個の符号語テーブルが明記されてあり、これらは有意係数の数とブロックタイプとに依存して切り替えられる。
−有意係数の前に位置する、量子化されてゼロになる（無意の）変換係数のランレングス（ＲＵＮ）は、各有意変換係数のために逆のスキャン順序で符号化される。この符号化は、既に符号化されたＲＵＮの合計がシンボルＴＯＴＡＬ＿ＺＥＲＯＳよりも小さい限り実行される。シンボルＴＯＴＡＬ＿ＺＥＲＯＳと、既に符号化／復号化されたＲＵＮとに依存して、７個の符号語テーブルの間における切り替えが実行される。
このコンテキストに基づいて符号語テーブルを切り替える、所謂ＣＡＶＬＣ法（ＣＡＶＬＣ：コンテキスト適応型可変長符号化）によって、ＭＰＥＧ−２、Ｈ２６３、ＭＰＥＧ−４において明記された方法と比較して、変換係数の符号化効率がかなり向上したが、しかしなお、この方法は基本的に下記のような欠点を有する。
−異なる符号語テーブルの間での切り替えは、既に符号化／復号化されたシンボルに基づいて実行されるが、符号語テーブルは実際のシンボル統計に適応させることができない。
−可変長符号語を使用することで、０．５より大きいシンボル確率を有する事象は、効率的に符号化されることができない。この制限は特に、異なるモデル確率分布の間での切り替えのための適切なコンテキストの構築を可能にするような、より小さな値領域を有するシンボルの符号化を妨げることになる。
−異なる符号語テーブルの間での切り替えは、既に符号化／復号化されたシンボルに基づいて実行されるが、符号語テーブルは実際のシンボル統計に適応させることができない。
−可変長符号語を使用することで、０．５より大きいシンボル確率を有する事象は、効率的に符号化されることができない。この制限は特に、異なるモデル確率分布の間での切り替えのための適切なコンテキストの構築を可能にするような、より小さな値領域を有するシンボルの符号化を妨げることになる。
ブロックに基づく画像およびビデオ符号器における変換係数を符号化するための公知の方法について述べられた、これらの欠点を解消するための可能な方法としては、適応型算術符号化と、シンボル相互間に存在する冗長性を有効利用するための適切なコンテキスト生成との結合型が考えられる。可変長符号語による符号化と比較した場合に算術符号化のさらに複雑となる計算は欠点となるので、効率的なハードウエアおよびソフトウエアの実現が特に求められる。
T. Wiegand, G. Sullivan 著、「合同ビデオ国際規格最終草案（ＦＤＩＳ）」ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合−電気通信標準化部門）のＨ．２６４検討部会とＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−１０ ＡＶＣ（国際標準化機構−動画像符号化部門）とで構成される合同検討チーム（ＪＴＶ−Ｇ０５０）により２００３年３月発行 動画像および付帯音響情報の包括的符号化−パート２：ビデオ」ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｈ２６２−ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−２（ＭＰＥＧ−２）、ＩＴＵ−ＴとＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ１とにより１９９４年１１月発行 「低ビットレート通信のためのビデオ符号化」ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｈ２６３、ＩＴＵ−Ｔにより１９９５年１１月第１版発行、１９９８年１月第２版発行 「視聴覚対象物の符号化−パート２：視覚対象物」ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−２（ＭＰＥＧ−４、visual 第１版）、ＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ１により１９９９年４月発行；２０００年２月補正１（第２版）発行；２００１年１月補正４（streaming profile）発行 C.A. Gonzales 著「モーションシーケンスのＤＣＴ符号化および算術的符号器」ＩＳＯ−ＩＥＣ／ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ８，ＭＰＥＧ８９／１８７、１９８９年発行
T. Wiegand, G. Sullivan 著、「合同ビデオ国際規格最終草案（ＦＤＩＳ）」ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合−電気通信標準化部門）のＨ．２６４検討部会とＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−１０ ＡＶＣ（国際標準化機構−動画像符号化部門）とで構成される合同検討チーム（ＪＴＶ−Ｇ０５０）により２００３年３月発行 動画像および付帯音響情報の包括的符号化−パート２：ビデオ」ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｈ２６２−ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８−２（ＭＰＥＧ−２）、ＩＴＵ−ＴとＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ１とにより１９９４年１１月発行 「低ビットレート通信のためのビデオ符号化」ＩＴＵ−Ｔ推奨Ｈ２６３、ＩＴＵ−Ｔにより１９９５年１１月第１版発行、１９９８年１月第２版発行 「視聴覚対象物の符号化−パート２：視覚対象物」ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−２（ＭＰＥＧ−４、visual 第１版）、ＩＳＯ／ＩＥＣ ＪＴＣ１により１９９９年４月発行；２０００年２月補正１（第２版）発行；２００１年１月補正４（streaming profile）発行 C.A. Gonzales 著「モーションシーケンスのＤＣＴ符号化および算術的符号器」ＩＳＯ−ＩＥＣ／ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ８，ＭＰＥＧ８９／１８７、１９８９年発行
以上のことから、本発明の目的は、変換係数を算術符号化、復号化するための方法と装置、および対応するコンピュータプログラムと対応するコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体とを提供することであり、これらは上述の欠点を解消し、特に符号化のために必要とされる計算量を小さく保つことができるものである。
本発明によれば、この目的は請求項１、３、７、８に記載の特徴により達成することができる。本発明の現実的な実施例は、従属項の中に記載される。
本発明の方法の特別な長所として、有意変換係数を含む（ビデオ）画像の各ブロックについて、以下のようなステップで変換係数が算術符号化されるという点が挙げられる。即ち、
−変換係数の絶対値をバイナリ化するステップであって、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るステップと、
−非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化するステップと、
−適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化するステップと、を用いる。
−変換係数の絶対値をバイナリ化するステップであって、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るステップと、
−非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化するステップと、
−適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化するステップと、を用いる。
本発明の方法の望ましい実施例は、非適応型コンテキストを用いた接尾部のバイナリ決定のバイナリ算術符号化は、シンボル確率０．５を用いて実行されるという特徴を持つ。
本発明の方法の他の特別な長所として、変換係数を算術復号化できる点が挙げられる。即ち、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るように、バイナリ化された変換係数の絶対値を算術復号化するための方法であって、
−非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術復号化するステップと、
−適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術復号化するステップと、を用いる。
−非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術復号化するステップと、
−適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術復号化するステップと、を用いる。
本発明の方法の他の望ましい実施例においては、上記バイナリゼーションは、上記絶対値が単項バイナリゼーションのシンボル(ＡＢＳ)あるいは接頭部と接尾部とを備えたシンボル(ＡＢＳ)で示され、この接頭部は数字１から成り、接尾部はゼロ番目のオーダーのexp-golomb符号で符号化されるように実行される。
変換係数の絶対値を算術符号化するための装置は、望ましくは次の特徴を持つ。即ち、
上記変換係数の上記絶対値をバイナリ化する手段であって、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得る手段と、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化する手段と、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化する手段と、を備える。
上記変換係数の上記絶対値をバイナリ化する手段であって、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得る手段と、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化する手段と、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化する手段と、を備える。
変換係数の絶対値を算術復号化するための装置は、望ましくは次の特徴を持つ。即ち、
所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るように、バイナリ化された変換係数の絶対値を算術復号化するための装置であって、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術復号化する手段と、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術復号化する手段と、を備える。
所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るように、バイナリ化された変換係数の絶対値を算術復号化するための装置であって、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術復号化する手段と、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術復号化する手段と、を備える。
請求項９に従うコンピュータプログラムは、例えば、（有料または無料で、自由にアクセス可能かまたはパスワードに保護された状態で）データあるいはコミュニケーションネットワーク上でダウンロードできるよう提供可能である。即ち、インターネット等の送信用ネットワークからそのネットワークに接続されたデータ処理手段へとダウンロードされる方法である。
変換係数の絶対値の算術符号化、復号化を実行するために、請求項１０のようなコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体を使用することが望ましい。即ち、コンピュータによる読み出し可能な記憶媒体にプログラムが記憶され、コンピュータメモリに書き込まれた後、そのコンピュータが請求項１乃至６のいずれかに記載の方法を実行する。
本発明の望ましい実施例を、以下に添付した図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明の符号化方法に従う変換係数符号化の基本原理を説明するものであり、
図２は有意性マッピングを符号化するための２つの例を示し（ハッチングで記載したシンボルは変換されない）、
図３は変換係数の絶対値（ＡＢＳ）のためのバイナリゼーション（二値化）を示し、
図４はＨ．２６４／ＡＶＣ規格のためのブロックタイプとその分類を示し、
図５は１ビットシンボルＣＢＰ４のためのコンテキストモデリングを示し、
図６は有意変換係数の絶対値を符号化するためのコンテキストモデリングの例を示す。
図１は本発明の符号化方法に従う変換係数符号化の基本原理を説明するものであり、
図２は有意性マッピングを符号化するための２つの例を示し（ハッチングで記載したシンボルは変換されない）、
図３は変換係数の絶対値（ＡＢＳ）のためのバイナリゼーション（二値化）を示し、
図４はＨ．２６４／ＡＶＣ規格のためのブロックタイプとその分類を示し、
図５は１ビットシンボルＣＢＰ４のためのコンテキストモデリングを示し、
図６は有意変換係数の絶対値を符号化するためのコンテキストモデリングの例を示す。
図１は新規な符号化方法を示す。変換係数の各ブロックに対し、最初に１ビットシンボルＣＢＰ４が変換される。より高いオーダーのシンタックス要素（ＣＢＰまたはマクロブロックモード）が当該のブロックには有意変換係数がないと既に示している場合は、この限りではない。もしそのブロック内に有意係数が存在しないときは、ＣＢＰ４シンボルはゼロとなる。もしこれが１ならば、（スキャン順序で）その有意変換係数の位置を示す有意性マッピングが符号化される。次に、その有意変換係数の絶対値と正負符号とが逆のスキャン順序で変換される。この符号化プロセスは以下の項目１で詳細に説明する。その後、バイナリ算術符号化のためのコンテキストモデリングを項目２で説明する。
１．変換係数の符号化の説明
１．１ 変換係数のスキャニング
各ブロックの変換係数は、スキャンプロセス（例えばジグザグスキャン等）によってベクトルにマッピングされる。
１．１ 変換係数のスキャニング
各ブロックの変換係数は、スキャンプロセス（例えばジグザグスキャン等）によってベクトルにマッピングされる。
１．２ ＣＢＰ４シンボル
ＣＢＰ４とは、あるブロック内に有意変換係数（非ゼロの変換係数）があるか否かを示す１ビットのシンボルである。もしＣＢＰ４シンボルがゼロであれば、当該ブロックのためにさらなる情報が変換されることはないであろう。
ＣＢＰ４とは、あるブロック内に有意変換係数（非ゼロの変換係数）があるか否かを示す１ビットのシンボルである。もしＣＢＰ４シンボルがゼロであれば、当該ブロックのためにさらなる情報が変換されることはないであろう。
１．３ 有意性マッピング
もしＣＢＰ４シンボルが、当該ブロックに有意係数が含まれると示す場合には、有意性マッピングが符号化されるであろう。これは、スキャン順序で各係数に対して１ビットシンボル（ＳＩＧ）を変換することで実行される。もし対応する有意シンボルが１（有意係数）であれば、もう１つの１ビットシンボル（ＬＡＳＴ）が変換されるであろう。このシンボルは、現在の有意係数がブロック内の最後の有意係数か否か、あるいは、さらなる有意係数が後に続くか否かを示す。図２は有意性マッピングを符号化する方法の２つの例を示す。有意性情報（ＳＩＧ，ＬＡＳＴ）は、ブロックの最後のスキャン位置に対しては変換されないであろう。もし、有意性マッピングの変換が、１というＬＡＳＴシンボルによって未だ終了されていない場合には、最後のスキャン位置にある係数が有意であるということが自明となる（図２のハッチングで示す位置を参照）。
もしＣＢＰ４シンボルが、当該ブロックに有意係数が含まれると示す場合には、有意性マッピングが符号化されるであろう。これは、スキャン順序で各係数に対して１ビットシンボル（ＳＩＧ）を変換することで実行される。もし対応する有意シンボルが１（有意係数）であれば、もう１つの１ビットシンボル（ＬＡＳＴ）が変換されるであろう。このシンボルは、現在の有意係数がブロック内の最後の有意係数か否か、あるいは、さらなる有意係数が後に続くか否かを示す。図２は有意性マッピングを符号化する方法の２つの例を示す。有意性情報（ＳＩＧ，ＬＡＳＴ）は、ブロックの最後のスキャン位置に対しては変換されないであろう。もし、有意性マッピングの変換が、１というＬＡＳＴシンボルによって未だ終了されていない場合には、最後のスキャン位置にある係数が有意であるということが自明となる（図２のハッチングで示す位置を参照）。
１．４レベル情報
ブロック内での有意変換係数の位置は、有意性マッピングによって明確に示される。係数の正確な値（レベル）の符号化は、２つの符号化シンボル、即ち、ＡＢＳ（係数の絶対値）とＳＩＧＮ（係数の正負符号）によって実行される。ＳＩＧＮは１ビットシンボルを表現するが、係数の絶対値（ＡＢＳ）の符号化には、図３に示すバイナリゼーションが使用される。インターバル［１〜１４］内の係数絶対値に関しては、このバイナリゼーションは単項バイナリゼーションに対応する。１４よりも大きい係数絶対値のためのバイナリゼーションは、１４個の１からなる接頭部と、シンボル（ＡＢＳ−１５）のための０番目のオーダーのexp-golomb 符号を表す接尾語とで構成される。バイナリゼーションは、ゼロに等しい係数絶対値（ＡＢＳ）を表すための表現を含まない。なぜなら、有意係数（非ゼロの係数）は常に１以上の絶対値（ＡＢＳ）を有するからである。
ブロック内での有意変換係数の位置は、有意性マッピングによって明確に示される。係数の正確な値（レベル）の符号化は、２つの符号化シンボル、即ち、ＡＢＳ（係数の絶対値）とＳＩＧＮ（係数の正負符号）によって実行される。ＳＩＧＮは１ビットシンボルを表現するが、係数の絶対値（ＡＢＳ）の符号化には、図３に示すバイナリゼーションが使用される。インターバル［１〜１４］内の係数絶対値に関しては、このバイナリゼーションは単項バイナリゼーションに対応する。１４よりも大きい係数絶対値のためのバイナリゼーションは、１４個の１からなる接頭部と、シンボル（ＡＢＳ−１５）のための０番目のオーダーのexp-golomb 符号を表す接尾語とで構成される。バイナリゼーションは、ゼロに等しい係数絶対値（ＡＢＳ）を表すための表現を含まない。なぜなら、有意係数（非ゼロの係数）は常に１以上の絶対値（ＡＢＳ）を有するからである。
接頭部と、１４より大きな係数絶対値のための０番目のオーダーのexp-golomb 符号からなる接尾部とで構成されるバイナリゼーションには、次の長所がある。即ち、シンボル確率０．５を有する特別な非適応型コンテキストが、接尾部の全てのバイナリ決定のために、符号化効率を犠牲にすることなく使用可能となる。そのため、符号化および復号化のための計算量を低減することができる。
レベルは逆のスキャン順序で、即ちブロック内の最後の有意係数から始まる順序で符号化される。そのため、バイナリ算術符号化のための適切なコンテキストを形成することが可能になる。
２．コンテキストモデリング
一般に、変換係数ブロックのタイプが異なる場合、画像および／またはビデオ符号化システムを考慮する際には区別される。よって、異なる統計（図４の表の左コラムを参照）を有する変換係数ブロックのタイプは、非特許文献１のＨ．２６４／ＡＶＣ規格の現在の「国際規格最終草案（ＦＤＩＳ）」においては、例えば１２個存在することになる。しかし、多くの画像シーケンスおよび符号化条件に関しては、これらの統計のいくつかは近似している。使用されるコンテキストの数を小さく保つために、また、コンテキストが画像シーケンスの統計へ素早く適応できるように、Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格におけるブロックタイプは、例えば５個のカテゴリ（図４の表の右コラムを参照）に分類されることができる。他の画像および／またはビデオ符号化システムについても、同様の分類が可能である。Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格の場合、５個のカテゴリのそれぞれについて、個別の数のコンテキストがシンボルＣＢＰ４，ＳＩＧ，ＬＡＳＴ，ＡＢＳのために使用される。
一般に、変換係数ブロックのタイプが異なる場合、画像および／またはビデオ符号化システムを考慮する際には区別される。よって、異なる統計（図４の表の左コラムを参照）を有する変換係数ブロックのタイプは、非特許文献１のＨ．２６４／ＡＶＣ規格の現在の「国際規格最終草案（ＦＤＩＳ）」においては、例えば１２個存在することになる。しかし、多くの画像シーケンスおよび符号化条件に関しては、これらの統計のいくつかは近似している。使用されるコンテキストの数を小さく保つために、また、コンテキストが画像シーケンスの統計へ素早く適応できるように、Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格におけるブロックタイプは、例えば５個のカテゴリ（図４の表の右コラムを参照）に分類されることができる。他の画像および／またはビデオ符号化システムについても、同様の分類が可能である。Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格の場合、５個のカテゴリのそれぞれについて、個別の数のコンテキストがシンボルＣＢＰ４，ＳＩＧ，ＬＡＳＴ，ＡＢＳのために使用される。
２．１ＣＢＰ４シンボルのためのコンテキストモデリング
１ビットシンボルＣＢＰ４を符号化するために、４つの異なるコンテキストが変換ブロックの各個別のカテゴリのために使用される（図４参照）。符号化されるべきブロックＣのためのコンテキスト値（コンテキストの指標）は以下の式で決定される。
ctx_number_cbp4 （Ｃ） = CBP４（Ａ）＋ ２×CBP４（Ｂ）
このとき、ブロックＣに隣接し（左および上）、同一のブロックタイプに関連すると考えられるブロックは、ＡおよびＢで示される。Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格に関しては、この条件では次の６個のブロックタイプが区別される。即ち、Luma（ルミナンス：輝度）-DC, Luma-AC, Chroma（クロマ：彩度）-U-DC, Chroma-U-AC, Chroma-V-DC, Chroma-V-AC である。もし、変換係数の当該ブロックＸ（ＡまたはＢ）が近隣のマクロブロックの中に存在しないとき（例えば当該ブロックがイントラ(INTRA)16×16モードで符号化され、近隣のブロックがインタ(INTER)モードで符号化されていたような場合）、隣接するブロックＸに関するCBP４（Ｘ）はゼロにセットされる。もし、ある隣接するブロックＸ（ＡまたはＢ）が画像領域外にある場合や、他のスライスに属する場合には、対応する値CBP４（Ｘ）はデフォルト値に置き換えられる。デフォルト値１はイントラ符号化されたブロックのために使用され、デフォルト値０はインタ符号化されたブロックのために使用される。
１ビットシンボルＣＢＰ４を符号化するために、４つの異なるコンテキストが変換ブロックの各個別のカテゴリのために使用される（図４参照）。符号化されるべきブロックＣのためのコンテキスト値（コンテキストの指標）は以下の式で決定される。
ctx_number_cbp4 （Ｃ） = CBP４（Ａ）＋ ２×CBP４（Ｂ）
このとき、ブロックＣに隣接し（左および上）、同一のブロックタイプに関連すると考えられるブロックは、ＡおよびＢで示される。Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格に関しては、この条件では次の６個のブロックタイプが区別される。即ち、Luma（ルミナンス：輝度）-DC, Luma-AC, Chroma（クロマ：彩度）-U-DC, Chroma-U-AC, Chroma-V-DC, Chroma-V-AC である。もし、変換係数の当該ブロックＸ（ＡまたはＢ）が近隣のマクロブロックの中に存在しないとき（例えば当該ブロックがイントラ(INTRA)16×16モードで符号化され、近隣のブロックがインタ(INTER)モードで符号化されていたような場合）、隣接するブロックＸに関するCBP４（Ｘ）はゼロにセットされる。もし、ある隣接するブロックＸ（ＡまたはＢ）が画像領域外にある場合や、他のスライスに属する場合には、対応する値CBP４（Ｘ）はデフォルト値に置き換えられる。デフォルト値１はイントラ符号化されたブロックのために使用され、デフォルト値０はインタ符号化されたブロックのために使用される。
２．２有意性マッピングを符号化するためのコンテキストモデリング
有意性マッピングを符号化するために、各ブロックカテゴリ（図４参照）毎にmax_koeff−1個の異なるコンテキストがシンボルＳＩＧおよびＬＡＳＴを符号化するために使用される。ゆえに、max_koeffは対応するブロックカテゴリのための変換係数の数を示す（Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格に関しては図４参照）。コンテキスト値は、常に当該係数の対応するスキャン位置によって示されている。ｉ番目の係数としてスキャンされた係数koeff[ｉ]のコンテキスト値は、次の結果となる。
ctx_number_sig(koeff[ｉ]) = ctx_number_last(koeff[ｉ]) = ｉ.
ブロックタイプの各カテゴリに対し、2×max_koeff−2個のコンテキストが、有意性マッピングを符号化するために使用される。
有意性マッピングを符号化するために、各ブロックカテゴリ（図４参照）毎にmax_koeff−1個の異なるコンテキストがシンボルＳＩＧおよびＬＡＳＴを符号化するために使用される。ゆえに、max_koeffは対応するブロックカテゴリのための変換係数の数を示す（Ｈ．２６４／ＡＶＣ規格に関しては図４参照）。コンテキスト値は、常に当該係数の対応するスキャン位置によって示されている。ｉ番目の係数としてスキャンされた係数koeff[ｉ]のコンテキスト値は、次の結果となる。
ctx_number_sig(koeff[ｉ]) = ctx_number_last(koeff[ｉ]) = ｉ.
ブロックタイプの各カテゴリに対し、2×max_koeff−2個のコンテキストが、有意性マッピングを符号化するために使用される。
２．３係数絶対値を符号化するためのコンテキストモデリング
図３に示すバイナリゼーションは、有意変換係数の絶対値を符号化するために使用される。２つの異なる量のコンテキストがブロックカテゴリ毎に使用される。つまり、バイナリゼーションの第１のバイナリ決定bin =１を符号化するために１つのセットが使用され、バイナリ決定bin =２〜１４を符号化するためにもう１つのセットが使用される。コンテキスト値は以下のように関連付けられる。
ctx_number_abs_1bin
= (koeff with ABS ＞ 1 coded ? 4 :
max (3, number of coded coefficients with ABS = 1))
ctx_number_abs_rbins
= max (4, number of coded coefficients with ABS＞1))
図３に示すバイナリゼーションは、有意変換係数の絶対値を符号化するために使用される。２つの異なる量のコンテキストがブロックカテゴリ毎に使用される。つまり、バイナリゼーションの第１のバイナリ決定bin =１を符号化するために１つのセットが使用され、バイナリ決定bin =２〜１４を符号化するためにもう１つのセットが使用される。コンテキスト値は以下のように関連付けられる。
ctx_number_abs_1bin
= (koeff with ABS ＞ 1 coded ? 4 :
max (3, number of coded coefficients with ABS = 1))
ctx_number_abs_rbins
= max (4, number of coded coefficients with ABS＞1))
変換係数の絶対値は逆のスキャン順序で変換される。第１バイナリ決定のためのコンテキストは、ＡＢＳ＝１の絶対値を有し、既に（逆のスキャン順序で）変換された係数の数によって決定される。もしＡＢＳ＝１の絶対値を有する係数が３個より多く既に変換されていた場合には、コンテキスト値３が常に選択されるであろう。もし絶対値ＡＢＳ＞１を有する係数が変換された場合には、直ちにコンテキスト値４がそのブロック内の残りの全ての有意係数に対して使用されるであろう。
bin = ２〜１４であるバイナリ決定は、単一かつ同一のコンテキストを用いて符号化される。ゆえに、コンテキスト値は既に（逆のスキャン順序で）符号化され絶対値ＡＢＳ＞１を有する係数の数によって決定され、このとき最大コンテキスト値は４に制限される。有意変換係数の絶対値ＡＢＳを符号化する際のコンテキスト選択の２つの例を、図６に示す。バイナリ決定bin＞１４を符号化するために、シンボル確率Ｐ0＝Ｐ1＝０．５を有する個別の非適応型コンテキストが、係数絶対値および正負符号ＳＩＧＮのために使用される。
本発明は、その実施例において、上述の望ましい実施例に限定されるのもではない。本発明の装置および方法を利用した多数の変更例は、その設計が完全に異なるものでも、作成可能である。
Claims (10)
- 変換係数の絶対値を算術符号化するための方法において、
上記変換係数の上記絶対値をバイナリ化するステップであって、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るステップと、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化するステップと、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化するステップと、を備えることを特徴とする方法。 - 請求項１に記載の方法において、
上記非適応型コンテキストを用いた上記接尾部のバイナリ決定のバイナリ算術符号化は、シンボル確率０．５を用いて実行されることを特徴とする方法。 - 所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るように、バイナリ化された変換係数の絶対値を算術復号化するための方法であって、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術復号化するステップと、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術復号化するステップと、を備えることを特徴とする方法。 - 請求項３に記載の方法において、
上記非適応型コンテキストを用いた上記接尾部のバイナリ決定のバイナリ算術復号化は、シンボル確率０．５を用いて実行されることを特徴とする方法。 - 請求項１乃至４のいずれかに記載の方法において、
上記所定値は１４であることを特徴とする方法。 - 請求項１乃至５のいずれかに記載の方法において、
上記バイナリゼーションは、上記絶対値が単項バイナリゼーションのシンボル(ＡＢＳ)あるいは接頭部と接尾部とを備えたシンボル(ＡＢＳ)で示され、この接頭部は数字１から成り、接尾部はゼロ番目のオーダーのexp-golomb符号で符号化されるように実行されることを特徴とする方法。 - 変換係数の絶対値を算術符号化するための装置において、
上記変換係数の上記絶対値をバイナリ化する手段であって、所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得る手段と、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術符号化する手段と、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術符号化する手段と、を備えることを特徴とする装置。 - 所定値以下の絶対値については単項バイナリゼーションに対応するバイナリゼーションを得、上記所定値を超える絶対値については、上記所定値に対応する個数の１からなる接頭部と、各変換係数の絶対値から１が加算された上記所定値を差し引いた値に対してゼロ番目のオーダーのexp-golomb部分を表す接尾部とで構成されるバイナリゼーションを得るように、バイナリ化された変換係数の絶対値を算術復号化するための装置であって、
非適応型コンテキストを用いて上記接尾部のバイナリ決定をバイナリ算術復号化する手段と、
適応型コンテキストを用いて、上記単項バイナリゼーションまたは上記接頭部に対応するバイナリゼーションの少なくとも１つのバイナリ決定をバイナリ算術復号化する手段と、を備えることを特徴とする装置。 - コンピュータメモリに書き込まれた後、そのコンピュータが請求項１乃至６のいずれかに記載の方法を実行可能とすることを特徴とするコンピュータプログラム。
- コンピュータによる読み出し可能な記憶媒体にプログラムが記憶され、コンピュータメモリに書き込まれた後、そのコンピュータが請求項１乃至６のいずれかに記載の方法を実行可能とすることを特徴とするコンピュータによる読み出し可能な記憶媒体。
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