WO2010038587A1 - 動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化プログラム、動画像復号プログラム、及び動画像符号化・復号システム - Google Patents

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image
bit length
extended
encoding
residual signal
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鈴木　芳典
ブン　チュンセン
タン　ティオ　ケン
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株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ
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Definitions

  • the present invention relates to a moving image encoding device, a moving image decoding device, a moving image encoding method, a moving image decoding method, a moving image encoding program, a moving image decoding program, and a moving image for encoding / decoding a moving image.
  • the present invention relates to an encoding / decoding system, and particularly relates to the bit length of each pixel of an image handled in the encoding / decoding process.
  • Compressive encoding technology is used to efficiently transmit and store moving image data.
  • MPEG1, 2, 4 or H.264 is used.
  • 261-H. H.264 is widely used.
  • the image to be encoded is divided into a plurality of blocks, and then predictive encoding / decoding processing is performed. Specifically, an image of one frame is divided into block areas each having 16 ⁇ 16 pixels.
  • a prediction signal is generated using an adjacent reproduced image signal (reconstructed compressed image data) in the same screen as the target block to be encoded. The difference signal obtained by subtracting it from the signal of the target block is encoded.
  • an inter-screen predictive encoding method is also used in which a prediction signal of a target block is generated with reference to another image adjacent on the time axis in a moving image, and a difference between the target block and the prediction signal is encoded.
  • motion detection is performed on the target block using another frame that has been encoded and restored as a reference image, a prediction signal with the least error is determined, and a difference value from the prediction signal of the target block is obtained.
  • discrete cosine transform and quantization processing are performed on the difference signal obtained by intra-screen or inter-screen prediction.
  • the quantized discrete cosine transform coefficient and motion vector and mode information for specifying the prediction signal are entropy-coded to generate encoded data.
  • the image data encoded in this way is restored and reproduced once in order to obtain a prediction signal of the next target block, and is temporarily stored in the frame memory as a reference image.
  • the conventional encoding / decoding processing performs prediction and conversion processing while maintaining the bit length of each pixel of the input image.
  • each pixel of luminance and chrominance components is represented by 8 bits. Therefore, encoding / decoding processing such as prediction / conversion is also performed on the 8-bit pixels.
  • the reproduced 8-bit reproduced image signal is stored in the frame memory.
  • Patent Document 1 discloses a technique for reducing the size of the frame memory and the bandwidth (memory bandwidth) for accessing the memory in order to reduce downsizing and power consumption.
  • an image reproduced before being stored in the frame memory is separately compressed. Specifically, the reproduced 8-bit reproduced image is quantized to 8 bits or less and then stored in the frame memory.
  • the compressed reproduction image is expanded and used as a reference image. As described above, since the encoding / decoding process is performed while maintaining the bit length of the input image while reducing the capacity and bandwidth of the frame memory, it is possible to suppress the deterioration of the compression encoding performance.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of improving the encoding efficiency while suppressing the increase in the capacity and bandwidth of the frame memory, and enables the expansion of the moving image encoding that is easy to expand.
  • An object is to provide an apparatus, a method and a program, a moving picture decoding apparatus, a method and a program, and a moving picture encoding / decoding system.
  • a moving image encoding apparatus includes an input unit that inputs a target image whose pixel value is represented by a first bit length, and sets each pixel of the target image to a value from the first bit length.
  • an extension conversion means for generating an extension target image by converting it so as to be represented by a large second bit length, and a reference image having a pixel value represented by a third bit length smaller than the second bit length
  • Storage means for generating a prediction signal from a reference image stored in the storage means, converting the prediction signal to be represented by the second bit length and generating an extended prediction signal, and extended prediction
  • a residual signal generating means for generating a residual signal between the signal and the expansion target image; an encoding means for encoding the residual signal generated by the residual signal generating means; and restoring the encoded residual signal Added to the extended prediction signal and extended playback.
  • a restoration means for generating an image, and a reduction conversion means for converting a pixel value of the extended reproduction image into a reproduction image represented by a third bit length. The reproduction image is stored in the storage means as a reference image.
  • the target image whose pixel value is represented by the first bit length is encoded after the conversion so that each pixel value is represented by the second bit length, and the encoded image is restored.
  • the pixel value is converted into a reproduction image represented by a third bit length smaller than the second bit length, and this reproduction image is stored in the storage means (frame memory) as a reference image.
  • each pixel of the image signal to be encoded is converted into a bit length longer than the bit length of the target signal, so that the encoding process is performed, thereby enabling high-precision calculation of the encoding process and encoding efficiency. Can be increased.
  • bit length is shorter than the bit length at the time of the encoding process and stored in the frame memory, an increase in the capacity and bandwidth of the frame memory can be suppressed. As a result, it is possible to increase the encoding efficiency while suppressing an increase in the capacity and bandwidth of the frame memory.
  • both the bit length of the reference image stored in the storage unit and the bit length of the reproduction image are the third bit length, when adding processing for processing the reproduction image using the reference image, It is no longer necessary to add processing to absorb the difference in bit length between the reference image and the playback image, and the implementation and processing costs associated with adding new processing such as image processing processing are reduced, and expansion is easy. Become.
  • the moving image encoding apparatus is an image for processing a reproduction image using at least a part of the reference image stored in the storage unit with respect to the reproduction image generated by the reduction conversion unit. It is preferable that a reproduction image including a processing unit and processed by the image processing unit is stored in the storage unit.
  • the third bit length has the same value as the first bit length.
  • the encoding means encodes at least one of the information regarding the first, second and third bit lengths.
  • the moving image decoding apparatus converts the target image having the pixel value represented by the first bit length so as to be represented by the second bit length.
  • an input means for inputting a data stream including a residual signal generated by predictive coding and a reference image having a pixel value represented by a third bit length smaller than the second bit length are stored.
  • Storage means for extracting the encoded data of the residual signal from the data stream and decoding the encoded data of the residual signal, and the encoded data of the residual signal decoded by the analyzing means
  • a prediction signal is generated from a reference signal stored in a storage unit and a residual signal recovery unit that restores a reproduction residual signal
  • an extended prediction signal is generated by converting the prediction signal to be represented by the second bit length Prediction signal Generating means, adding the extended prediction signal and the reproduction residual signal, thereby restoring an extended reproduction image, and converting the pixel value of the extended reproduction image into a reproduction image represented by a third bit length First reduced conversion means, and the reproduced image is stored in the storage means as a reference image.
  • an extended reproduction image whose pixel value is expressed by a second bit length larger than the first bit length of the target image is restored from the input data stream, and the extended reproduction image has a pixel value of the second value. It is converted into a reproduced image represented by a third bit length smaller in value than the bit length, and this reproduced image is stored in a storage means (frame memory) as a reference image.
  • a storage means frame memory
  • bit length is converted to a bit length shorter than that at the time of decoding processing and stored in the frame memory, an increase in the capacity and bandwidth of the frame memory can be suppressed. As a result, it is possible to increase the encoding efficiency while suppressing an increase in the capacity and bandwidth of the frame memory.
  • both the bit length of the reference image stored in the storage unit and the bit length of the reproduction image are the third bit length, when adding processing for processing the reproduction image using the reference image, It is no longer necessary to add processing to absorb the difference in bit length between the reference image and the playback image, and the implementation and processing costs associated with adding new processing such as image processing processing are reduced, and expansion is easy. Become.
  • the moving image decoding apparatus processes the reproduced image using at least a part of the reference image stored in the storage unit with respect to the reproduced image generated by the first reduction conversion unit. It is preferable that the reproduced image processed by the image processing means is stored in the storage means.
  • the third bit length has the same value as the first bit length.
  • At least one piece of information regarding the first, second, and third bit lengths is included in the data stream, and the processing is performed after being decoded by the analysis unit.
  • the moving image decoding apparatus further includes second reduction conversion means for converting the pixel value of the extended reproduction image into a reproduction image represented by the first bit length, and the reproduction image generated by the second reduction conversion means is It is preferable to be transmitted to the display device.
  • the moving picture encoding apparatus and moving picture decoding apparatus can also be regarded as an invention relating to a method or an invention relating to a program, and can be described as follows.
  • the invention relating to the method or the invention relating to the program has the same actions and effects.
  • the moving image encoding method includes an input step of inputting a target image whose pixel value is represented by a first bit length, and each pixel of the target image having a second bit length greater than the first bit length.
  • a prediction signal is generated from the image, the prediction signal is converted so as to be represented by the second bit length, and an extended prediction signal is generated, and a residual signal between the extended prediction signal and the expansion target image is generated
  • a residual signal generation step, an encoding step for encoding the residual signal generated in the residual signal generation step, and the residual signal encoded in the encoding step is restored and added to the extended prediction signal ,
  • Expansion A restoration step for generating a reproduction image, a reduction conversion step for converting a pixel value of the extended reproduction image into a reproduction image represented by a third bit length, and a storage step for storing the reproduction image in a storage
  • the moving image coding method according to the present invention is an image in which a reproduced image is processed using at least a part of a reference image stored in a storage unit for the reproduced image generated in the reduction conversion step.
  • the storage step includes storing the reproduced image processed in the image processing step in the storage means.
  • a moving picture decoding method is generated by predictively encoding an extended target image obtained by converting a target image having a pixel value represented by a first bit length so as to be represented by a second bit length.
  • An input step for inputting a data stream including the residual signal to be processed, an analysis step for extracting encoded data of the residual signal from the data stream and decoding the encoded data of the residual signal, and decoding in the analyzing step A residual signal restoring step for restoring the encoded data of the residual signal to a reproduced residual signal, and a reference image having a pixel value represented by a third bit length smaller than the second bit length
  • a prediction signal generation step for generating a prediction signal from a reference image stored in the storage means, converting the prediction signal to be represented by the second bit length, and generating an extended prediction signal, and an extended prediction signal
  • a reproduction residual signal for generating a prediction signal from a reference image stored in the storage means, converting the prediction signal to be represented by the second bit length, and generating an extended prediction
  • the moving image decoding method processes the reproduced image using at least a part of the reference image stored in the storage unit with respect to the reproduced image generated in the first reduction conversion step.
  • the storage step stores the reproduced image processed in the image processing step in the storage means.
  • the moving image encoding program includes a computer, an input unit that inputs a target image whose pixel value is represented by a first bit length, and a second that has a value larger than the first bit length for each pixel of the target image.
  • Extended conversion means for generating an image to be extended by being converted so as to be represented by a bit length, and storage means for storing a reference image having a pixel value represented by a third bit length that is smaller than the second bit length
  • a prediction signal generating means for generating a prediction signal from a reference image stored in the storage means, converting the prediction signal to be represented by the second bit length, and generating an extended prediction signal
  • an extended prediction signal and an extension target Residual signal generating means for generating a residual signal with an image, encoding means for encoding the residual signal generated by the residual signal generating means, and expanding after restoring the encoded residual signal
  • Add to the predicted signal and expand Is a moving image encoding program for functioning as a reconstructing means for generating image data and a reduction conversion means for converting the pixel value of the extended reproduction image into a reproduction image represented by the third bit length, wherein the reproduction image is used as a reference image. It is stored in a storage means.
  • the moving image encoding program uses a computer to reproduce a reproduced image using at least a part of the reference image stored in the storage unit with respect to the reproduced image generated by the reduction conversion unit. It is preferable that the replay image processed by the image processing unit is stored in the storage unit so as to function as an image processing unit for processing.
  • the moving image decoding program predictively encodes an extended target image obtained by converting a target image having a pixel value represented by a first bit length so as to be represented by a second bit length.
  • Input means for inputting a data stream including a residual signal generated by the storage means; storage means for storing a reference image having a pixel value represented by a third bit length smaller than the second bit length; Analyzing means for extracting encoded data of the residual signal from the data stream and decoding the encoded data of the residual signal, and reconstructing the encoded data of the residual signal decoded by the analyzing means into a reproduction residual signal
  • a residual signal restoring unit that generates a prediction signal from a reference image stored in the storage unit, converts the prediction signal to be represented by a second bit length, and generates an extended prediction signal;
  • Image restoration means for restoring the extended playback image by adding the extended prediction signal and the playback residual signal, and a first reduction for converting the pixel value of the extended playback image into a playback image represented
  • the moving picture decoding program reproduces a reproduction image generated by the first reduction conversion means using at least a part of the reference image stored in the storage means. It is preferable that the reproduced image processed by the image processing unit is stored in the storage unit so that the image processing unit functions as an image processing unit.
  • the moving image encoding device and the moving image decoding device according to the present invention can also be regarded as an invention related to a moving image encoding / decoding system including the same, and can be regarded as an invention related to a method, and a moving image including the same. It can also be understood as an invention relating to an image encoding / decoding method, and can be described as follows. These inventions have the same operations and effects as the moving image encoding device and the moving image decoding device.
  • a moving image encoding / decoding system is a moving image encoding / decoding system for encoding and decoding moving image data, and a moving image encoding device that compresses and encodes moving image data;
  • a video decoding device that decodes the video data compressed and encoded by the video encoding device, and the video encoding device inputs a target image whose pixel value is represented by a first bit length.
  • a storage unit for storing a reference image having a pixel value represented by a 3-bit length and a prediction signal generated from the reference image stored in the storage unit so that the prediction signal is represented by a second bit length
  • a signal generation unit a residual signal generation unit that generates a residual signal between the extended prediction signal and the expansion target image, an encoding unit that encodes the residual signal generated by the residual signal generation unit, and an encoding
  • the restored residual signal is restored and added to the extended prediction signal to generate an extended playback image
  • the reduction conversion means for converting the pixel value of the extended playback image into a playback image represented by the third bit length
  • the reproduced image is stored in the storage means as a reference image
  • the moving picture decoding apparatus selects a target image having a pixel value represented by a first bit length as a second bit.
  • Input means for inputting a data stream including a residual signal generated by predictive encoding with respect to an extension target image converted as represented by a length, and a third bit length smaller than the second bit length It has a pixel value represented by Storage means for storing the reference image, analysis means for extracting the encoded data of the residual signal from the data stream and decoding the encoded data of the residual signal, and the residual decoded by the analyzing means
  • a prediction signal is generated from a residual signal restoring means for restoring the encoded data of the signal to a reproduction residual signal and a reference image stored in the storage means, and the prediction signal is converted to be represented by the second bit length.
  • Prediction signal generation means for generating an extended prediction signal
  • image restoration means for restoring the extended reproduction image by adding the extended prediction signal and the reproduction residual signal
  • First reduction conversion means for converting into a reproduced image represented, wherein the reproduced image is stored in the storage means as a reference image.
  • a moving image encoding / decoding method is a moving image encoding / decoding method for encoding and decoding moving image data, and a moving image encoding method for compressing and encoding moving image data;
  • a moving image decoding method for decoding moving image data compressed and encoded in the moving image encoding method, and the moving image encoding method inputs a target image whose pixel value is represented by a first bit length.
  • a prediction signal is generated from a reference image stored in a storage unit that stores a reference image having a pixel value represented by a 3-bit length, the prediction signal is converted to be represented by a second bit length, and an extended prediction signal is converted
  • Predictive signal generation step to be generated
  • a residual signal generation step for generating a residual signal between the extended prediction signal and the expansion target image, an encoding step for encoding the residual signal generated in the residual signal generation step, and an encoding in the encoding step
  • the restored residual signal is restored and added to the extended prediction signal to generate an extended playback image, and the reduction conversion for converting the pixel value of the extended playback image into the playback image represented by the third bit length
  • a moving image decoding method that converts a target image having a pixel value represented by a first bit length so as to be represented by a second bit length.
  • An input step for inputting a data stream including a residual signal generated by predictive encoding of the extended target image, and extracting encoded data of the residual signal from the data stream.
  • An analysis step for decoding the encoded data of the residual signal, a residual signal recovery step for recovering the encoded data of the residual signal decoded in the analysis step to a reproduced residual signal, and a value from the second bit length
  • a prediction signal generation step for generating an extended prediction signal, an image restoration step for restoring the extended playback image by adding the extended prediction signal and the playback residual signal, and a pixel value of the extended playback image as a third bit length.
  • the first reduction conversion step for converting into a reproduced image represented by the following, and the storing step for storing the reproduced image in the storage means.
  • the present invention it is possible to increase the encoding efficiency while suppressing an increase in the capacity and bandwidth of the frame memory, and it is easy to expand.
  • the present embodiment is a moving image encoding / decoding system for encoding and decoding moving image data, including a moving image encoding device that compresses and encodes moving image data, and a compressed image encoded by the moving image encoding device. And a moving picture decoding device for decoding the converted moving picture data.
  • a moving image encoding device that compresses and encodes moving image data
  • a compressed image encoded by the moving image encoding device a moving picture decoding device for decoding the converted moving picture data.
  • the video encoding device and the video decoding device will be described.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a moving picture coding apparatus 100 with bit length conversion according to an embodiment of the present invention.
  • the moving image coding apparatus 100 includes an input terminal (input unit) 101, a bit length extension converter (extension conversion unit) 102, a block divider 103, a difference unit (residual signal generation unit) 104, a prediction signal generator (prediction).
  • Signal generation means 105 prediction method determiner 106, compressor (encoding means) 110, decompressor (restoration means) 111, adder (restoration means) 112, bit length reduction converter (reduction conversion means) 113, frame A memory (storage means) 114, an entropy encoder (encoding means) 115, an image processor (image processing means) 116, and an output terminal 117 are provided.
  • bit length of the image to be encoded is N bits (first bit length).
  • the input N-bit image is converted by the bit length extension converter 102 into an extension target image having a bit length of M bits (second bit length).
  • M is a positive integer greater than N.
  • the bit length extension converter 102 converts an N-bit encoding target image into an M-bit extension target image.
  • the bit extension method is not limited in the present invention, but there is, for example, a method of shifting an N-bit image signal to the left by (MN) bits.
  • the lower (MN) signal value of the M-bit signal may be determined so that the coding efficiency is increased.
  • the dynamic range of M bits may be controlled to be ⁇ 2 (M ⁇ 1) to 2 (M ⁇ 1) ⁇ 1 (not a non-negative integer variable but a signed number). Integer variables can be used).
  • the block divider 103 divides the image to be encoded into a plurality of small regions (in this case, for example, blocks made up of 16 ⁇ 16 pixels). The following compression / encoding process is executed for each of the divided blocks.
  • the prediction method determiner 106 and the prediction signal generator 105 perform the generation process of the M-bit extended prediction signal.
  • the prediction method determiner 106 performs intra prediction and inter prediction, and uses a plurality of prediction methods with a small amount of code required for encoding the target block input via the line L103 and a small residual with the target block. Select from candidates.
  • an M-bit signal is input via the line L103, and the prediction method determiner 106 also generates an M-bit pre-expanded prediction signal.
  • prediction method candidates are not limited in the present invention, for example, a prediction signal is generated using an L-bit reference image stored in the frame memory 114, or is input to the bit length reduction converter 113. A method for generating a prediction signal using a previous M-bit reproduction signal is included.
  • a method of generating a prediction signal of P bits (P is a positive number satisfying P> L) such as weighted addition of a plurality of L-bit reproduction pixels may be considered.
  • an M-bit extended prediction signal is generated by a rounding method such as rounding off the P-bit prediction signal.
  • an M-bit extended prediction signal is generated by shifting the P-bit prediction signal to the left by (MP) bits.
  • Prediction mode information indicating the selected prediction method, motion information associated with inter-screen prediction, and the like are output as additional information to the entropy encoder 115 via the line L118.
  • this additional information is entropy encoded by a method such as a variable length code or an arithmetic code together with the quantized transform coefficient input via L110.
  • the prediction signal generator 105 generates an M-bit extended prediction signal based on the additional information input via the L106, and outputs it to the differencer 104 and the adder 112 via the line L105.
  • the prediction signal generator 105 and the prediction method determiner 106 include processing for extending the bit length from L bits to M bits.
  • the M-bit extended prediction signal generated by the prediction signal generator 105 is output to the differentiator 104 via the line L105, and the differencer 104 receives the extended prediction signal from the M-bit signal of the target block input via the line L103.
  • a residual signal is generated by subtracting.
  • the generated residual signal is input to the compressor 110 via L104 and compressed into data (encoded data) with a small amount of information.
  • the compressor 110 is generally composed of a converter that converts a difference signal into a frequency domain transform coefficient and a quantizer that quantizes the transform coefficient, but one of them may be omitted, or another structure may be used. Good.
  • the bit length of the quantized transform coefficient is M bits, but the intermediate processing in the compressor may be a signal having a bit length longer than M bits. For example, since the residual signal may be a negative value, it usually has a bit length of (M + 1) bits. If the conversion coefficient has a bit length longer than (M + 1) bits, the conversion efficiency increases.
  • the quantizer rounds the quantized transform coefficient into an M-bit signal and outputs it to the entropy encoder 115 and the decompressor 111 via L110.
  • the entropy encoder 115 converts the quantized transform coefficient into a variable length code and outputs it from the output terminal 117 as a bit stream. Note that arithmetic coding may be applied instead of the variable-length code.
  • the decompressor 111 and the adder 112 decode the quantized transform coefficient that has been encoded data, and generate an M-bit extended reproduction signal.
  • the decompressor 111 is generally composed of an inverse quantizer that inversely quantizes a quantized transform coefficient into a transform coefficient, and an inverse transformer that inversely transforms the transform coefficient and reproduces a residual signal. Alternatively, another configuration may be used.
  • the adder 112 restores the M-bit extended reproduction signal by adding the extended prediction signal to the reproduced residual signal.
  • the bit length of the extended reproduction signal is M bits, but the intermediate processing of the decompressor may be a signal having a bit length longer than M bits.
  • the residual signal may be a negative value, it normally has a bit length of M + 1 bits.
  • the inversely quantized transform coefficient is set to a bit length longer than M + 1 bits.
  • the bit length reduction converter 113 converts the M-bit reproduction signal into an L-bit (third bit length) reproduction signal.
  • the bit length reduction converter 113 converts the M-bit reproduction signal into an L-bit reproduction signal.
  • the method of bit length conversion is not limited in the present invention. For example, a rounding method by rounding off, more specifically, 2 (ML-1) is added to an L-bit reproduction signal, and then (ML) There is a way to shift right by bits. Further, rounding by rounding off may be used instead of quadrupling, or another rounding method may be used. If the dynamic range of the M-bit signal is controlled as ⁇ 2 (M ⁇ 1) to 2 (M-1) ⁇ 1, the dynamic range of the L-bit signal is set to 0 to 0 after rounding processing. It is necessary to perform clipping processing to 2 L ⁇ 1.
  • the L-bit reproduction signal is input to the image processor 116 via the line L113.
  • the reproduction signal is subjected to image quality improvement processing or H.264 as shown in, for example, US Patent Application Publication No. 2006/153301. Block noise removal processing as defined in H.264 is performed.
  • the L-bit reproduction signal restored in this way is stored in the frame memory 114 because it is used as a reference image for encoding the next image. Since the image processor 116 performs signal processing such as the above-described image quality improvement processing and block noise removal processing between the target blocks, in addition to the reproduction signal input via the line L113, the reproduction already stored in the frame memory 114 is performed. Use part or all of the signal.
  • the final bit stream is generated by performing these processes on all target blocks.
  • the moving picture decoding apparatus needs to know the values of N, M, and L representing the bit length. is there. These values may be determined in advance, but any one, two, or all of them may be determined by the encoding device and encoded in sequence units or frame units.
  • the values of N and L are values related to the device configuration, and are usually fixed values.
  • the value of M is a value indicating the processing accuracy in the compressor or decompressor, and can be changed in units of frames or blocks. Therefore, the value of M may be determined for each frame or block, and the value may be encoded.
  • a plurality of sets of bit length N, M, and L values used in the bit length extension converter 102, the bit length reduction converter 113, the prediction method determiner 106, and the like are prepared in advance in the moving image encoding apparatus 100.
  • a set of bit lengths N, M, and L is selected according to a command from a control unit (not shown), and the encoding process is performed.
  • This is performed for all sets of bit lengths N, M, and L, and the encoded data in each case is compared by the entropy encoder 115, and the bit length of the encoded data is the shortest and the compression rate is the highest. A good one is selected.
  • part or all of the values of the bit lengths N, M, and L are encoded by the entropy encoder 115 and included in the bit stream data together with the encoded data.
  • the bit length extension converter 102 converts the target image into an extension target image
  • the block splitter 103 divides the extension target block into target blocks.
  • the moving image encoding apparatus 100-2 in FIG. 2 divides the extension target block into target blocks by the block divider 103, and then converts the target image to the extension target image by the bit length extension converter 102. This is different from the moving picture coding apparatus 100.
  • the prediction signal generator 105 generates an M-bit extended prediction signal using an L-bit reference image.
  • the prediction signal generator 105a generates an L-bit prediction signal once, and the bit length extension converter 105b converts the L-bit prediction signal into M It is different from the video encoding apparatus 100 in that it is extended to a bit prediction signal.
  • N L is considered.
  • the N-bit signal of the target block divided by the block divider 103 is input to the prediction method determiner 106-2 via the line L103.
  • the prediction method determiner 106-2 generates a plurality of prediction signals using the N-bit reference image or the N-bit reproduction signal converted by the bit length reduction converter 113, and selects an optimal prediction method. To do.
  • the prediction signal generator 105a generates an N-bit prediction signal.
  • the generated N-bit prediction signal is input to the bit length extension converter 105b via the line L105a and converted to an M-bit extension prediction signal.
  • bit length conversion technique that is a feature of the present invention is also effective in an apparatus configuration having the configurations of the moving image encoding apparatuses 100 and 100-2 shown in FIGS. 1 and 2 at the same time.
  • a prediction method candidate by the prediction method determiners 106 and 106-2 a method of directly generating an M-bit extended prediction signal from an L-bit reference image or a once L-bit prediction signal is generated.
  • a method of converting into an M-bit prediction signal by a bit length extension converter is included.
  • FIG. 3 shows a flowchart of a moving image encoding process with bit length conversion executed by the moving image encoding apparatus 100.
  • the bit length extension converter 102 expands the N-bit target image to M bits (M> N).
  • M M> N
  • the image is converted into a target image, and the block dividing unit 103 further divides the expansion target image into a plurality of small blocks (step 302: extended conversion step).
  • step 302 extended conversion step
  • the prediction method determiner 106 and the prediction signal generator 105 determine one prediction method from among a plurality of prediction methods using the L-bit reference image stored in the frame memory 114 for each target block. Then, an M-bit extended prediction signal is generated. At the same time, additional information required to generate this prediction signal, such as prediction mode information indicating the selected prediction method and motion information associated with inter-screen prediction, is generated (step 303: prediction signal generation step).
  • the prediction signal generation method includes a method of generating an M-bit prediction signal directly from an L-bit signal, or an L-bit prediction signal generated once and then an M-bit by the bit length extension converter 105b. A method for converting to an extended prediction signal is included.
  • the differentiator 104 generates a residual image between the M-bit extension target image and the M-bit predicted image (step 304: residual signal generation step), and the compressor 110 converts and quantizes the residual image,
  • the encoding information of the difference image is generated (step 305: encoding step).
  • the decompressor 111 restores the encoded information by inverse quantization and inverse transform, and the adder 112 adds the restored residual image and the predicted image to generate an M-bit extended reproduction image (step) 306: Restoration step).
  • the bit length reduction converter 113 converts the M-bit extended playback image into an L-bit playback image (step 307: reduction conversion step).
  • the image processor 116 performs processing on the L-bit reconstructed image by a technique as shown in, for example, US Patent Application Publication No. 2006/153301, and uses the reconstructed image after processing as a reference image when generating a prediction signal. It is stored in the frame memory 114 for use (step 308: image processing step, storage step). At this time, the image processor 116 uses the reproduction signal already stored in the frame memory 114 in addition to the reproduction signal converted into L bits in order to perform signal processing between the target blocks.
  • the generated additional information and encoded information are compressed into bit stream data by the entropy encoder 115 (step 309). When it is necessary to encode any of the number of bits N, M, and L, it is encoded by the entropy encoder 115 and included in the bit stream data.
  • bit length conversion processing in the present invention is not limited to a specific bit length expansion method, a bit length reduction method, and a prediction method.
  • the final bit stream is generated by performing these steps for all target blocks.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a moving picture decoding apparatus 500 with bit length conversion according to the present invention.
  • the moving picture decoding apparatus 500 includes an input terminal (input means) 501, a data analyzer (analysis means) 502, a decompressor (residual signal restoration means) 503, an adder (image restoration means) 504, a prediction signal generator (prediction).
  • the input terminal 501 receives a bit stream including additional information required for generating the extended prediction signal of each target block and encoded data of the residual signal of the target block.
  • a bit stream obtained by processing by the video encoding device 100 in FIG. 1 is input to the video decoding device 500.
  • the data analyzer 502 analyzes the input data (input bit stream) and decodes the encoded data (quantized transform coefficient) and additional information of the residual signal. Further, when the input data includes any value of M, N, and L, which is information indicating the bit length, it is decoded and notified to a bit length reduction converter and a prediction signal generator described later. . As a decoding method, variable length decoding or arithmetic decoding is used.
  • the encoded data (quantized transform coefficient) of the decoded residual signal is input to the decompressor 503 via the line L502a and restored to the residual signal.
  • the decompressor 503 is generally composed of an inverse quantizer that inversely quantizes a quantized transform coefficient into a transform coefficient, and an inverse transformer that inversely transforms the transform coefficient and reproduces a residual signal. Alternatively, another configuration may be used.
  • the additional information decoded by the data analyzer 502 is sent to the prediction signal generator 505 via the line L502b.
  • the prediction signal generator 505 Based on the additional information, the prediction signal generator 505 generates an M-bit extended prediction signal in the same procedure as the prediction signal generator 105 of the video encoding device.
  • the adder 504 generates an M-bit extended reproduction signal by adding the extended prediction signal and the restored residual signal.
  • the bit length of the extended reproduction signal is M bits
  • an intermediate process such as the decompressor 503 and the adder 504 may be a signal having a bit length longer than M bits.
  • the residual signal may be a negative value, it usually has a bit length of (M + 1) bits.
  • the inversely quantized transform coefficient may have a bit length longer than (M + 1) bits.
  • the bit length reduction converter 506 converts an M-bit reproduction signal into an L-bit reproduction signal.
  • the L-bit reproduction signal is input to the image processor 507 via the line L506.
  • the reproduction signal is subjected to image quality improvement processing such as shown in US Patent Application Publication No. 2006/153301 or H.264. Block noise removal processing as defined in H.264 is performed.
  • the L-bit reproduction signal restored in this way is stored in the frame memory 508 because it is used as a reference image when generating a prediction signal.
  • the image processor 507 uses a reproduction signal already stored in the frame memory 508 in addition to the reproduction signal input via the line L506 in order to perform signal processing between blocks.
  • the moving image data is restored by repeating these processes until all the data of the bit stream is processed.
  • the bit length reduction converter (second reduction conversion means) 506 converts the M-bit reproduction signal into an L-bit reproduction signal
  • the bit length reduction converter 510 converts the M-bit reproduction signal into an N-bit reproduction signal.
  • FIG. 6 shows a configuration of a moving picture decoding apparatus 500-3 that decodes bitstream data generated by a moving picture encoding apparatus 100-2, which is a modification of the moving picture encoding apparatus 100 described above.
  • N L is considered.
  • the prediction signal generator 505a an N-bit prediction signal is generated and input to the bit length extension converter 505b via the line L505a.
  • the bit length extension converter 505b the N-bit prediction signal is extended to an M-bit extension prediction signal and output to the adder 504 via the line L505.
  • bit length conversion technique that is a feature of the present invention is also effective in an apparatus configuration having the configurations of the moving picture decoding apparatuses 500 and 500-3 shown in FIGS. 4 and 6 at the same time.
  • a prediction mode in the prediction signal generators 505 and 505a is a method of directly generating an M-bit extended prediction signal from an L-bit reference image, or a bit length after generating an L-bit prediction signal once.
  • a method of converting into an M-bit prediction signal by an extension converter is included and is selectively processed according to the decoded additional information.
  • FIG. 7 shows a flowchart of a moving picture decoding process with bit length conversion, which is executed by the moving picture decoding apparatus 500.
  • the compression-coded data is input to the input terminal 501 (step 701: input step).
  • the data analyzer 502 performs entropy decoding on the input data, and extracts encoded information (quantized transform coefficients) and additional information (step 702: analysis step).
  • the input data includes M, N, and L values, they are decoded and used for bit length reduction conversion and prediction signal generation processing described later.
  • the prediction signal generator 505 decodes the additional information and generates an M-bit extended prediction signal using the L-bit reproduced image (step 703: prediction signal generation step).
  • the prediction signal generation method includes a method of generating an M-bit prediction signal directly from an L-bit signal, or an M-bit extension by the bit length extension converter 505b after generating an L-bit prediction signal once. A method for converting to a prediction signal is included.
  • the decompressor 503 dequantizes the extracted quantized transform coefficient to restore the transform coefficient, inversely transforms the transform coefficient, and restores the residual signal (step 704: residual signal restoration step).
  • the adder 504 adds the extended prediction signal and the restored residual signal to generate an M-bit extended reproduction image (step 705: image restoration step).
  • the bit length reduction converter converts the M-bit extended playback image into an L-bit playback image (step 706: first reduction conversion step).
  • N L.
  • the image processor 507 performs processing on the L-bit reproduced image by a technique as shown in, for example, US Patent Application Publication No. 2006/153301, and uses the processed reproduced image as a reference image when generating a prediction signal. It is stored in the frame memory 508 for use (step 707: image processing step, storage step). In order to perform signal processing between target blocks, the image processor 507 uses a reproduction signal already stored in the frame memory 508 in addition to the reproduction signal converted into L bits.
  • the moving image data is restored by repeating these steps until all the data of the bit stream is processed.
  • bit length conversion processing in the present invention is not limited to a specific bit length expansion method, a bit length reduction method, and a prediction method.
  • the invention relating to the moving image encoding apparatus 100 can be understood as an invention relating to a moving image encoding program for causing a computer to function as a moving image encoding apparatus.
  • the moving picture coding method according to the present embodiment can be provided as a program stored in a recording medium.
  • the invention relating to the moving picture decoding apparatus 500 can be understood as an invention relating to a moving picture decoding program for causing a computer to function as a moving picture decoding apparatus or a moving picture encoding method.
  • the moving picture decoding method according to the present embodiment can be provided as a program stored in a recording medium.
  • the moving image encoding program and the moving image decoding program are provided by being stored in a recording medium, for example.
  • the recording medium include a recording medium such as a flexible disk, a CD-ROM, a DVD, a recording medium such as a ROM, or a semiconductor memory.
  • FIG. 8 is a block diagram showing modules of a program that can execute the moving picture coding method.
  • the moving image encoding program P100 includes a block division module P101, a prediction method determination module P102, a prediction signal generation module P103, a storage module P104, a subtraction module P105, a compression module P106, an expansion module P107, an addition module P108, and a bit length extension module P109.
  • each module of the image predictive coding program P100 is as follows: block divider 103, prediction method determiner 106, prediction signal generator 105, frame memory 114, subtractor 104, compressor 110, decompressor 111, adder 112, the bit length extension converter 102, the bit length reduction converter 113, the image processor 116, and the entropy encoder 115 have the same functions.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a module of a program that can execute the moving picture decoding method.
  • the moving image decoding program P500 includes a data analysis module P501, a prediction signal generation module 502, a storage module 503, an expansion module P504, an addition module P505, a bit length reduction module P506, and an image processing module P507.
  • each module of the moving picture decoding program P500 are the functions of the data analyzer 502, the prediction signal generator 505, the frame memory 508, the decompressor 503, the adder 504, the bit length reduction converter 506, and the image processor 507. It is the same.
  • the moving picture encoding program P100 or the moving picture decoding program P500 configured as described above is stored in the recording medium 10 and executed by a computer to be described later.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a hardware configuration of the computer 30 for executing the program recorded on the recording medium 10
  • FIG. 11 is a perspective view of the computer 30 for executing the program recorded on the recording medium 10.
  • the computer 30 includes a DVD player, a set top box, a mobile phone, and the like that have a CPU and perform processing and control by software.
  • a computer 30 includes a reading device 12 such as a flexible disk drive device, a CD-ROM drive device, a DVD drive device, a working memory (RAM) 14 in which an operating system is resident, and a recording medium 10.
  • a memory 16 for storing the program stored therein, a display 18, a mouse 20 and a keyboard 22 as input devices, a communication device 24 for transmitting and receiving data and the like, and a CPU 26 for controlling execution of the program. ing.
  • the computer 30 can access the moving image encoding program and the moving image decoding program stored in the recording medium 10 from the reading device 12, and the moving image encoding program And the moving picture decoding program enables the computer 30 to operate as a moving picture encoding apparatus and a moving picture decoding apparatus according to the present invention.
  • the moving picture encoding program and the moving picture decoding program may be provided as a computer data signal 40 superimposed on a carrier wave via a wired network / wireless network.
  • the computer 30 can store the moving image encoding program and the moving image decoding program received by the communication device 24 in the memory 16 and execute the moving image encoding program and the moving image decoding program.
  • the target image whose pixel value is represented by the bit length N is converted by the bit length extension converter 102 so that each pixel value has the bit length M.
  • the image is encoded by the compressor 110, and the encoded image is restored by the decompressor 111, and the pixel value is converted from the bit length M by the bit length reduction converter 113. It is converted into a reproduction image represented by a bit length L having a small value, and this reproduction image is stored in the frame memory 114 as a reference image.
  • each pixel of the image signal to be encoded is converted into a bit length longer than the bit length of the target signal, and then the encoding process is performed in the compressor 110, thereby enabling high-precision calculation of the encoding process.
  • Encoding efficiency can be increased.
  • the data is converted into the bit length L shorter than the bit length M when the encoding process is performed in the compressor 110 and stored in the frame memory 114, an increase in the capacity and bandwidth of the frame memory can be suppressed.
  • the pixel value is converted from the data stream input via the input terminal 501 by the data analyzer 502 and the decompressor 503.
  • the extended reproduction image represented by the bit length M larger than the bit length N of the image is restored, and the extended reproduction image is represented by the bit length reduction converter 506 with the bit length L having a pixel value smaller than the bit length M.
  • the reproduced image is converted into a reproduced image and stored in the frame memory 508 as a reference image.
  • each pixel of the image signal to be encoded is converted into a bit length longer than the bit length of the target signal, and the data analyzer 502 and the decompressor 503 perform the decoding process.
  • Precision calculation can be performed, and encoding efficiency can be increased.
  • the data analyzer 502 and the decompressor 503 convert the bit length to a bit length shorter than that when the decoding process is performed and store it in the frame memory 508, the increase in the capacity and bandwidth of the frame memory 508 is suppressed. Can do.
  • the bit length of the reference image stored in the frame memories 114 and 508 is both the bit length L. For this reason, it is necessary to separately add a process for absorbing the difference in bit length between the reference image and the reproduced image even when the image processor 116 or 507 performs the process of processing the reproduced image using the reference image. Therefore, the mounting and processing costs associated with adding new processing such as image processing processing are reduced, and expansion is easy.
  • each pixel of the image signal to be encoded is converted into a bit length longer than the bit length of the target signal without increasing the capacity of the frame memory.
  • Decryption processing is performed. Therefore, it is possible to perform encoding / decoding processing with high accuracy without increasing the memory bandwidth to the frame memory and to increase the encoding efficiency.
  • the image processors 116 and 507 after converting a reproduction signal having a long bit length into a signal having a short bit length, the image processors 116 and 507 perform image signal processing using the signals stored in the frame memory. Therefore, the processing can be performed without adding a bit length conversion to the signal stored in the frame memory.

Landscapes

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Abstract

　動画像の符号化・復号処理において、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えながら符号化効率を高めると共に、拡張を容易にするために、ビット長拡張変換器（１０２）が、画素値がビット長Ｎで表される対象画像を、各画素値がビット長Ｍで表されるように変換し、圧縮器（１１０）が、変換した画像を符号化し、さらに、伸張器（１１１）が、符号化された画像を復元された上で、ビット長縮小変換器（１１３）が、画素値がビット長Ｍより値の小さいビット長Ｌで表される再生画像に変換し、この再生画像が、参照画像としてフレームメモリ（１１４）に格納される。

Description

動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化プログラム、動画像復号プログラム、及び動画像符号化・復号システム
　本発明は、動画像を符号化・復号するための動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法、動画像復号方法、動画像符号化プログラム、動画像復号プログラム、及び動画像符号化・復号システムに関するものであり、特に符号化・復号処理において扱われる画像の各画素のビット長に関連するものである。
　動画像データの伝送や蓄積を効率よく行うために、圧縮符号化技術が用いられる。動画像の場合はＭＰＥＧ１，２，４やＨ．２６１～Ｈ．２６４の方式が広く用いられている。
　符号化効率を高めるために、符号化の対象となる画像を複数のブロックに分割した上で予測符号化・復号処理を行う。具体的には１フレームの画像を１６×１６画素からなるブロックの領域に分割する。画面内予測符号化方法では、符号化対象となる対象ブロックと同じ画面内にある隣接する既再生の画像信号（圧縮された画像データを復元されたもの）を用いて予測信号を生成した上で、それを対象ブロックの信号から引き算した差分信号を符号化する。
　また、動画像における時間軸上隣接する他の画像を参照して対象ブロックの予測信号を生成し、対象ブロックと予測信号との差分を符号化する画面間予測符号化方法も合わせて用いられる。この場合、対象ブロックに対し、符号化済で復元された他のフレームを参照画像として動き検出を行い、誤差の最も少ない予測信号を決定した上で、対象ブロックその予測信号との差分値を求める。次に画面内もしくは画面間予測による差分信号に対して離散コサイン変換と量子化処理を行なう。量子化された離散コサイン変換の係数及び予測信号を特定するための動きベクトルやモード情報をエントロピー符号化し、符号化データを生成する。
　このように符号化された画像データは、次の対象ブロックの予測信号を求めるために一度復元し再生され、参照画像としてフレームメモリに一時格納しておく。
　上記のように従来の符号化・復号処理は、入力画像の各画素のビット長を保ったままで、予測や変換の処理を行なう。一般的な画像では、輝度と色差成分の各画素は８ビットで表されるため、予測・変換などの符号化・復号処理も８ビットの画素に対して施される。フレームメモリには再生された８ビットの再生画像信号が格納される。
　これに対し、ダウンサイジングや消費電力を削減するため、フレームメモリのサイズやメモリにアクセスする帯域（メモリ帯域）を削減する技術が、特許文献１に開示されている。本技術では、フレームメモリに格納する前に再生された画像を別途に圧縮する。具体的は再生された８ビットの再生画像を８ビット以下となるように量子化したうえで、フレームメモリに格納する。予測信号を生成する際には、圧縮された再生画像を伸張し参照画像として用いられる。このように、フレームメモリの容量や帯域を削減しながら、入力画像のビット長を保ったままで符号化・復号処理を行うために、圧縮符号化性能の低下を抑えることができる。
米国特許公報第６，２２２，８８６Ｂ１号
　しかし、特許文献１のようにフレームメモリの容量や帯域を削減すると、フレームメモリに格納するために各画素のビット長を短くした再生画像を再び伸張して参照画像を作成するため、参照画像の精度が低下する。予測信号は参照画像を用いて生成されるので、予測信号の精度も低下することになる。この結果、符号化の対象となる画像の対象ブロックと予測信号とから生成される差分信号（残差信号）が大きくなり、この差分信号を符号化した符号化データのデータ長が大きくなるため、符号化効率が低下するという問題があった。
　また、符号化・復号処理において、フレームメモリに格納される参照画像を利用して再生画像を加工する処理を追加することが考えられる。特許文献１のようにフレームメモリに格納される画像のビット長が圧縮前の再生画像のビット長より短くなる場合には、このような処理を追加するためには、フレームメモリ内の参照画像のビット長を伸長させる処理、または、フレームメモリに蓄積する前の圧縮されていない再生画像を長いビット長のままで一時的に内部バッファに格納する処理を新たに設け、参照画像と再生画像との間のビット長の違いを吸収する必要がある。このため、画像加工処理などの新たな処理を追加するのに伴う実装・処理コストが高く、拡張容易性に問題があった。
　本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えながら、符号化効率を高めることができると共に、拡張が容易となる動画像符号化装置、方法及びプログラム、動画像復号装置、方法及びプログラム、並びに動画像符号化・復号システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、本発明に係る動画像符号化装置は、画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力手段と、対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換手段と、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、拡張予測信号と拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成手段と、残差信号生成手段により生成された残差信号を符号化する符号化手段と、符号化された残差信号を復元した上で拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元手段と、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換手段と、を備え、再生画像が参照画像として格納手段に格納されることを特徴とする。
　この構成により、画素値が第１ビット長で表される対象画像が、各画素値が第２ビット長で表されるように変換した上で符号化され、さらに、符号化された画像が復元された上で、画素値が第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される再生画像に変換され、この再生画像が参照画像として格納手段（フレームメモリ）に格納される。これにより、符号化の対象となる画像信号の各画素を対象信号のビット長より長いビット長に変換した上で符号化処理を行なうため、符号化処理の高精度演算を可能とし、符号化効率を高めることができる。また、符号化処理を行ったときのビット長より短いビット長に変換した上でフレームメモリに格納されるため、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えることができる。この結果、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えながら、符号化効率を高めることができる。また、格納手段に格納される参照画像のビット長と、再生画像のビット長が、共に第３ビット長であるため、参照画像を利用して再生画像を加工する処理を追加する場合にも、参照画像と再生画像との間のビット長の違いを吸収する処理を追加する必要がなくなり、画像加工処理などの新たな処理を追加するのに伴う実装・処理コストが低減し、拡張が容易となる。
　また、本発明に係る動画像符号化装置は、縮小変換手段によって生成された再生画像に対して、格納手段に格納されている参照画像の少なくとも一部を用いて、再生画像を加工処理する画像処理手段を備え、画像処理手段により加工処理された再生画像が格納手段に格納されるのが好適である。
　また、第３ビット長は第１ビット長と同じ値を有することが好適である。
　また、符号化手段が、第１、第２及び第３のビット長に関する情報のうち少なくとも１つを符号化することが好適である。
　同様に、上記課題を解決するため、本発明に係る動画像復号装置は、第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力手段と、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、データストリームの中から残差信号の符号化データを抽出して残差信号の符号化データを復号する解析手段と、解析手段により復号された残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元手段と、格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、拡張予測信号と再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元手段と、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段と、を備え、再生画像が参照画像として格納手段に格納されることを特徴とする。
　この構成により、入力されたデータストリームから、画素値が対象画像の第１ビット長より大きい第２ビット長で表される拡張再生画像が復元され、さらに、拡張再生画像が、画素値が第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される再生画像に変換され、この再生画像が参照画像として格納手段（フレームメモリ）に格納される。これにより、符号化の対象となった画像信号の各画素を対象信号のビット長より長いビット長に変換した上で復号処理を行なうため、復号処理の高精度演算を可能とし、符号化効率を高めることができる。また、復号処理を行ったときのビット長より短いビット長に変換した上でフレームメモリに格納されるため、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えることができる。この結果、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えながら、符号化効率を高めることができる。また、格納手段に格納される参照画像のビット長と、再生画像のビット長が、共に第３ビット長であるため、参照画像を利用して再生画像を加工する処理を追加する場合にも、参照画像と再生画像との間のビット長の違いを吸収する処理を追加する必要がなくなり、画像加工処理などの新たな処理を追加するのに伴う実装・処理コストが低減し、拡張が容易となる。
　また、本発明に係る動画像復号装置は、第１の縮小変換手段によって生成された再生画像に対して、格納手段に格納されている参照画像の少なくとも一部を用いて、再生画像を加工処理する画像処理手段を備え、画像処理手段により加工処理された再生画像が格納手段に格納されるのが好適である。
　また、第３ビット長は第１ビット長と同じ値を有することが好適である。
　また、第１、第２及び第３のビット長に関する情報の少なくとも１つがデータストリームに含まれており、解析手段によって復号された上で処理を行うのが好適である。
　また、動画像復号装置は、拡張再生画像の画素値を第１ビット長で表される再生画像に変換する第２の縮小変換手段を備え、第２の縮小変換手段で生成された再生画像が表示装置に送信されることが好適である。
　本発明に係る動画像符号化装置及び動画像復号装置は、方法に係る発明又はプログラムに係る発明として捉えることもでき、以下のように記述することができる。方法に係る発明又はプログラムに係る発明は、同様の作用・効果を奏する。
　本発明に係る動画像符号化方法は、画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力ステップと、対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換ステップと、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納する格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、拡張予測信号と拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成ステップと、残差信号生成ステップにおいて生成された残差信号を符号化する符号化ステップと、符号化ステップにおいて符号化された残差信号を復元した上で拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元ステップと、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換ステップと、再生画像を格納手段に格納する格納ステップと、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る動画像符号化方法は、縮小変換ステップにおいて生成された再生画像に対して、格納手段に格納されている参照画像の少なくとも一部を用いて、再生画像を加工処理する画像処理ステップを備え、格納ステップは、画像処理ステップにおいて加工処理された再生画像を格納手段に格納することが好適である。
　本発明に係る動画像復号方法は、第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力ステップと、データストリームの中から残差信号の符号化データを抽出して残差信号の符号化データを復号する解析ステップと、解析ステップにおいて復号された残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元ステップと、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、拡張予測信号と再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元ステップと、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換ステップと、再生画像を格納手段に格納する格納ステップと、を備えることを特徴とする。
　また、本発明に係る動画像復号方法は、第１の縮小変換ステップにおいて生成された再生画像に対して、格納手段に格納されている参照画像の少なくとも一部を用いて、再生画像を加工処理する画像処理ステップを備え、格納ステップは、画像処理ステップにおいて加工処理された再生画像を格納手段に格納することが好適である。
　本発明に係る動画像符号化プログラムは、コンピュータを、画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力手段と、対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換手段と、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、拡張予測信号と拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成手段と、残差信号生成手段により生成された残差信号を符号化する符号化手段と、符号化された残差信号を復元した上で拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元手段と、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換手段として機能させるための動画像符号化プログラムであって、再生画像が参照画像として格納手段に格納されることを特徴とする。
　また、本発明に係る動画像符号化プログラムは、コンピュータを、さらに縮小変換手段によって生成された再生画像に対して、格納手段に格納されている参照画像の少なくとも一部を用いて、再生画像を加工処理する画像処理手段として機能させ、画像処理手段により加工処理された再生画像が格納手段に格納されることが好適である。
　本発明に係る動画像復号プログラムは、コンピュータを、第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力手段と、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、データストリームの中から残差信号の符号化データを抽出して残差信号の符号化データを復号する解析手段と、解析手段により復号された残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元手段と、格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、拡張予測信号と再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元手段と、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段として機能させるため動画像復号プログラムであって、再生画像が参照画像として格納手段に格納されることを特徴とする。
　また、本発明に係る動画像復号プログラムは、コンピュータを、さらに第１の縮小変換手段によって生成された再生画像に対して、格納手段に格納されている参照画像の少なくとも一部を用いて、再生画像を加工処理する画像処理手段として機能させ、画像処理手段により加工処理された再生画像が格納手段に格納されることが好適である。
　本発明に係る動画像符号化装置及び動画像復号装置は、これらを具備する動画像符号化・復号システムに係る発明として捉えることもでき、これらを方法に係る発明として捉え、これらを具備する動画像符号化・復号方法に係る発明として捉えることもでき、以下のように記述することができる。これらの発明は、動画像符号化装置及び動画像復号装置と同様の作用・効果を奏する。
　本発明に係る動画像符号化・復号システムは、動画像データを符号化及び復号するための動画像符号化・復号システムであって、動画像データを圧縮符号化する動画像符号化装置と、動画像符号化装置により圧縮符号化された動画像データを復号する動画像復号装置と、を具備し、動画像符号化装置が、画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力手段と、対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換手段と、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、拡張予測信号と拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成手段と、残差信号生成手段により生成された残差信号を符号化する符号化手段と、符号化された残差信号を復元した上で拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元手段と、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換手段と、を備え、再生画像が参照画像として格納手段に格納されることを特徴とするものであり、動画像復号装置が、第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力手段と、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、データストリームの中から残差信号の符号化データを抽出して残差信号の符号化データを復号する解析手段と、解析手段により復号された残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元手段と、格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、拡張予測信号と再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元手段と、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段と、を備え、再生画像が参照画像として格納手段に格納されることを特徴とするものである。
　本発明に係る動画像符号化・復号方法は、動画像データを符号化及び復号するための動画像符号化・復号方法であって、動画像データを圧縮符号化する動画像符号化方法と、動画像符号化方法において圧縮符号化された動画像データを復号する動画像復号方法と、を具備し、動画像符号化方法が、画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力ステップと、対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換ステップと、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納する格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、拡張予測信号と拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成ステップと、残差信号生成ステップにおいて生成された残差信号を符号化する符号化ステップと、符号化ステップにおいて符号化された残差信号を復元した上で拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元ステップと、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換ステップと、再生画像を格納手段に格納する格納ステップと、を備え、動画像復号方法が、第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力ステップと、データストリームの中から残差信号の符号化データを抽出して残差信号の符号化データを復号する解析ステップと、解析ステップにおいて復号された残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元ステップと、第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段に格納される参照画像より予測信号を生成し、予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、拡張予測信号と再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元ステップと、拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換ステップと、再生画像を格納手段に格納する格納ステップと、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えながら、符号化効率を高めることができると共に、拡張が容易となる。
本発明の一実施形態に係るビット長変換処理を伴う動画像符号化装置のブロック図である。 図１に示す動画像符号化装置の変形例を示すブロック図である。 図１に示す動画像符号化装置により実施される動画像符号化方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態に係るビット長変換処理を伴う動画像復号装置のブロック図である。 図４に示す動画像復号装置の変形例を示すブロック図である。 図４に示す動画像復号装置の変形例を示すブロック図である。 図４に示す動画像復号装置により実施される動画像復号方法を示す流れ図である。 本発明の一実施形態に係る動画像符号化プログラムのモジュールを示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る動画像復号プログラムのモジュールを示すブロック図である。 記録媒体に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータのハードウェア構成を示す図である。 記録媒体に記憶されたプログラムを実行するためのコンピュータの斜視図である。
　以下、本発明に係る実施形態について、図１～図９を用いて説明する。本実施形態は、動画像データを符号化及び復号するための動画像符号化・復号システムであって、動画像データを圧縮符号化する動画像符号化装置と、動画像符号化装置により圧縮符号化された動画像データを復号する動画像復号装置と、を具備するものである。以下に動画像符号化装置と、動画像復号装置について、それぞれ説明する。
　（動画像符号化装置）
　図１に、本発明の一実施形態に係るビット長変換を伴う動画像符号化装置１００のブロック図を示す。動画像符号化装置１００は、入力端子（入力手段）１０１、ビット長拡張変換器（拡張変換手段）１０２、ブロック分割器１０３、差分器（残差信号生成手段）１０４、予測信号生成器（予測信号生成手段）１０５、予測方法決定器１０６、圧縮器（符号化手段）１１０、伸張器（復元手段）１１１、加算器（復元手段）１１２、ビット長縮小変換器（縮小変換手段）１１３、フレームメモリ（格納手段）１１４、エントロピー符号化器（符号化手段）１１５、画像処理器（画像処理手段）１１６、及び、出力端子１１７を備えている。
　このような動画像符号化装置１００について、以下、各構成部の動作を述べる。動画像を構成する複数の画像は入力端子１０１に入力される。本明細書では、符号化対象の画像のビット長をＮビット（第１ビット長）とする。入力されたＮビットの画像は、ビット長拡張変換器１０２にて、ビット長をＭビット（第２ビット長）とする拡張対象画像に変換される。ＭはＮより大きい正の整数である。
　ビット長拡張変換器１０２では、Ｎビットの符号化対象の画像をＭビットの拡張対象画像に変換する。ビット拡張の方法については、本発明では限定されないが、例えば、Ｎビットの画像信号を（Ｍ－Ｎ）ビット分だけ左シフトする方法がある。この際、符号化効率が高くなるようにＭビット信号の下位（Ｍ－Ｎ）の信号値を定めてもよい。また、実装効率を高めるため、Ｍビットのダイナミックレンジを－２(M-1)～２(M-1)－１と成るように制御しても良い（非負の整数変数ではなく、符号付きの整数変数が使える）。
　ビット長拡張変換器１０２により変換された拡張対象画像に対し、ブロック分割器１０３は、符号化の対象となる画像を複数の小領域（ここでは例えば１６×１６画素からなるブロック）に分割する。分割された各ブロックについて、以下の圧縮・符号化処理が実行される。
　符号化の対象となるブロック（以下「対象ブロック」という）について、予測方法決定器１０６、及び予測信号生成器１０５により、Ｍビットの拡張予測信号の生成処理が実行される。
　予測方法決定器１０６では、画面内予測や画面間予測を施し、ラインＬ１０３経由で入力される対象ブロックの符号化に要する符号量が小さく、かつ対象ブロックとの残差が小さい予測方法を複数の候補から選択する。図１では、ラインＬ１０３経由でＭビット信号が入力され、予測方法決定器１０６においても、Ｍビットの予拡張予測信号を生成する。予測方法の候補については、本発明では限定されないが、例えば、フレームメモリ１１４に格納されているＬビットの参照画像を用いて予測信号を生成する方法や、ビット長縮小変換器１１３に入力される前のＭビットの再生信号を用いて予測信号を生成する方法が含まれる。前者では、例えば、複数個のＬビットの再生画素を重み付け加算するなど、Ｐビット（ＰはＰ＞Ｌとなる正の数）の予測信号を生成する方法が考えられる。この際、Ｐ＝Ｍとなるように予測信号の生成方法を定めておくと実装効率が良くなる。Ｐの値がＭの値より大きい場合には、例えば、Ｐビットの予測信号を四捨五入等の丸め込み方法により、Ｍビットの拡張予測信号を生成する。Ｐの値がＭの値より小さい場合には、例えば、Ｐビットの予測信号を（Ｍ－Ｐ）ビット分だけ左シフトすることにより、Ｍビットの拡張予測信号を生成する。選択した予測方法を示す予測モード情報や画面間予測に伴う動き情報などは付加情報として、ラインＬ１１８経由でエントロピー符号化器１１５に出力される。エントロピー符号化器１１５では、この付加情報は、Ｌ１１０経由で入力される量子化変換係数と共に可変長符号あるいは算術符号などの方法でエントロピー符号化される。
　予測信号生成器１０５では、Ｌ１０６経由で入力される付加情報に基づいて、Ｍビットの拡張予測信号が生成され、ラインＬ１０５経由で差分器１０４と加算器１１２に出力される。このように、予測信号生成器１０５と予測方法決定器１０６には、ビット長をＬビットからＭビットに拡張する処理が含まれる。
　予測信号生成器１０５にて生成されたＭビットの拡張予測信号はラインＬ１０５経由で差分器１０４に出力され、差分器１０４は、ラインＬ１０３経由で入力された対象ブロックのＭビット信号から拡張予測信号を引き算することにより残差信号を生成する。生成された残差信号は、Ｌ１０４経由で圧縮器１１０に入力され情報量の少ないデータ（符号化データ）に圧縮される。
　圧縮器１１０は、一般に差分信号を周波数領域の変換係数に変換する変換器と、変換係数を量子化処理する量子化器により構成されるが、その一方がなくてもよいし、別の構成でもよい。量子化された変換係数のビット長はＭビットであるが、圧縮器内の中間処理においてはＭビットより長いビット長の信号になってもよい。例えば、残差信号はマイナス値となる可能性があるため、通常（Ｍ＋１）ビットのビット長となる。変換係数は（Ｍ＋１）ビットより長いビット長にすれば変換効率が高くなる。量子化器は、量子化変換係数をＭビットの信号に丸め込み、Ｌ１１０経由でエントロピー符号化器１１５と伸張器１１１に出力する。
　エントロピー符号化器１１５は、量子化変換係数を可変長符号に変換し出力端子１１７よりビットストリームとして出力する。なお、可変長符号の代わりに算術符号化を適用してもよい。
　伸張器１１１と加算器１１２は、符号化データとされた量子化変換係数を復号し、Ｍビットの拡張再生信号を生成する。伸張器１１１は、一般に量子化変換係数を変換係数に逆量子化する逆量子化器と、変換係数を逆変換し残差信号を再生する逆変換器により構成されるが、その一方がなくてもよいし、別の構成でもよい。
　加算器１１２では、再生された残差信号に拡張予測信号を加算することにより、Ｍビットの拡張再生信号を復元する。ここで、拡張再生信号のビット長はＭビットであるが、伸張器の中間処理ではＭビットより長いビット長の信号になってもよい。例えば、残差信号はマイナス値となる可能性があるため、通常Ｍ＋１ビットのビット長となる。また、演算精度向上のため逆量子化された変換係数をＭ＋１ビットより長いビット長とする。
　ビット長縮小変換器１１３では、Ｍビットの再生信号をＬビット（第３ビット長）の再生信号に変換する。ＬはＮ以下の正の整数であり、フレームメモリの容量に依存した値となる。通常はフレームメモリの容量は、入力画像と同じビット長になるため、Ｌ＝Ｎとする。
　ビット長縮小変換器１１３では、Ｍビットの再生信号をＬビットの再生信号に変換する。ビット長変換の方法については、本発明では限定されないが、例えば、四捨五入による丸め込み方法、より具体的には、Ｌビットの再生信号に２(M-L-1)を加算してから、（Ｍ－Ｌ）ビット分右シフトする方法がある。また、四者五入ではなく、切捨てによる丸め込み方法でもよいし、別の丸め込み方法でもよい。なお、Ｍビット信号のダイナミックレンジが、－２(M-1)～２(M-1)－１のように制御されている場合には、丸め込み処理後に、Ｌビット信号のダイナミックレンジを０～２L－１にクリッピング処理する必要がある。
　Ｌビットの再生信号は、ラインＬ１１３経由で、画像処理器１１６に入力される。画像処理器１１６では、再生信号に例えば米国特許出願公開公報第２００６／１５３３０１号に示されるような画質改善処理やＨ．２６４等に定義されるようなブロックノイズ除去処理を施す。このようにして復元されたＬビットの再生信号は、次の画像を符号化する際の参照画像として使用されるため、フレームメモリ１１４に格納される。画像処理器１１６では、対象ブロック間に上述の画質改善処理やブロックノイズ除去処理などの信号処理を施すため、ラインＬ１１３経由で入力される再生信号に加えて既にフレームメモリ１１４に格納されている再生信号の一部又は全部を用いる。
　これらの処理を全ての対象ブロックに対して実施することにより、最終的なビットストリームが生成される。
　図１のエントロピー符号化器１１５にて符号化されたデータを後述する動画像復号装置にて復号するためには、動画像復号装置はビット長を表すＮ，Ｍ，Ｌの値を知る必要がある。これらの値は予め定めておいても良いが、そのいずれか１つあるいは２つあるいは全てを符号化装置にて決定し、シーケンス単位やフレーム単位で符号化してもよい。ＮとＬの値は装置構成に関する値であり、通常固定値である。Ｍの値は圧縮器や伸張器における処理精度を示す値であり、フレーム単位やブロック単位で変更することも可能である。従って、Ｍの値をフレーム単位やブロック単位で決定しその値を符号化してもよい。
　例えば、動画像符号化装置１００に、ビット長拡張変換器１０２、ビット長縮小変換器１１３、予測方法決定器１０６などで用いられるビット長Ｎ，Ｍ，Ｌの値のセットが予め複数用意されており、図示しない制御手段からの指令に応じてビット長Ｎ，Ｍ，Ｌの値のセットが選択されて、符号化処理が行われる。これをビット長Ｎ，Ｍ，Ｌの値の全てのセットについて行い、それぞれの場合の符号化データをエントロピー符号化器１１５で比較して、符号化データのビット長が一番短く圧縮率が最もよいものが選択される。そして、このときビット長Ｎ，Ｍ，Ｌの値の一部又は全てがエントロピー符号化器１１５により符号化されて、符号化データと共にビットストリームデータに含まれる。
　次に、図２を参照して、本実施形態に係る動画像符号化装置１００の変形例である動画像符号化装置１００－２について説明する。
　図１の動画像符号化装置１００では、ビット長拡張変換器１０２により、対象画像を拡張対象画像に変換してから、ブロック分割器１０３にて拡張対象ブロックを対象ブロックに分割している。これに対し、図２の動画像符号化装置１００－２は、ブロック分割器１０３にて拡張対象ブロックを対象ブロックに分割してから、ビット長拡張変換器１０２により対象画像を拡張対象画像に変換している点で、動画像符号化装置１００と異なる。
　また、図１の動画像符号化装置１００では、予測信号生成器１０５が、Ｌビットの参照画像を用いてＭビットの拡張予測信号を生成している。これに対し、図２の動画像符号化装置１００－２では、まず予測信号生成器１０５ａがＬビットの予測信号を１度生成し、ビット長拡張変換器１０５ｂがこのＬビットの予測信号をＭビットの予測信号に拡張にする点で、動画像符号化装置１００と異なる。
　図２の動画像符号化装置１００－２の動作について説明する。ここではＮ＝Ｌと考える。ブロック分割器１０３にて分割された対象ブロックのＮビット信号がラインＬ１０３経由で予測方法決定器１０６－２に入力される。予測方法決定器１０６－２では、Ｎビットの参照画像、あるいはビット長縮小変換器１１３にて変換されたＮビットの再生信号を用いて、複数の予測信号を生成し、最適な予測方法を選択する。予測信号生成器１０５ａでは、Ｎビットの予測信号を生成する。生成されたＮビットの予測信号はラインＬ１０５ａ経由でビット長拡張変換器１０５ｂに入力され、Ｍビットの拡張予測信号に変換される。
　なお、本発明の特徴であるビット長変換手法は、図１と図２に示した動画像符号化装置１００，１００－２の構成を同時に有する装置構成においても有効である。この場合、予測方法決定器１０６，１０６－２による予測方法の候補に、Ｌビットの参照画像からＭビットの拡張予測信号を直接生成する方法や、１度Ｌビットの予測信号を生成してからビット長拡張変換器にてＭビットの予測信号に変換する方法が含まれる。
　（動画像符号化方法）
　図３には、動画像符号化装置１００により実行される、ビット長変換を伴う動画像符号化処理の流れ図を示す。符号化対象の画像がＮビット信号で入力端子１０１に入力されると（ステップ３０１：入力ステップ）、ビット長拡張変換器１０２により、このＮビットの対象画像がＭビット（Ｍ＞Ｎ）の拡張対象画像に変換され、さらにブロック分割器１０３により、この拡張対象画像が複数の小ブロックに分割される（ステップ３０２：拡張変換ステップ）。なお、ビット長拡張変換とブロック分割の処理の順序は逆でもよい。
　次に、予測方法決定器１０６と予測信号生成器１０５は、各対象ブロックについて、フレームメモリ１１４に格納されたＬビットの参照画像を用いて、複数の予測方法の中から１つの予測方法を決定し、Ｍビットの拡張予測信号を生成する。同時に、選択した予測方法を示す予測モード情報や画面間予測に伴う動き情報など、この予測信号の生成に要する付加情報を生成する（ステップ３０３：予測信号生成ステップ）。なお、予測信号の生成方法には、Ｌビットの信号から直接Ｍビットの予測信号を生成する方法や、１度Ｌビットの予測信号を生成してから、ビット長拡張変換器１０５ｂにてＭビットの拡張予測信号に変換する方法が含まれる。
　差分器１０４は、Ｍビットの拡張対象画像とＭビットの予測画像との残差画像を生成し（ステップ３０４：残差信号生成ステップ）、圧縮器１１０は残差画像を変換・量子化し、残差画像の符号化情報を生成する（ステップ３０５：符号化ステップ）。
　次に、伸張器１１１は、符号化情報を逆量子化と逆変換にて復元し、加算器１１２は復元した残差画像と予測画像を加算してＭビットの拡張再生画像を生成する（ステップ３０６：復元ステップ）。
　ビット長縮小変換器１１３は、Ｍビットの拡張再生画像をＬビットの再生画像に変換する（ステップ３０７：縮小変換ステップ）。画像処理器１１６は、例えば米国特許出願公開公報第２００６／１５３３０１号に示すような手法でＬビットの再生画像に加工処理を実施し、処理後の再生画像を予測信号生成の際の参照画像として使用するためフレームメモリ１１４に格納する（ステップ３０８：画像処理ステップ、格納ステップ）。この際、画像処理器１１６では、対象ブロック間に信号処理を施すため、Ｌビットに変換した再生信号に加えて既にフレームメモリ１１４に格納されている再生信号を用いる。生成された上記付加情報と符号化情報はエントロピー符号化器１１５にてビットストリームデータに圧縮される（ステップ３０９）。ビット数Ｎ、Ｍ、Ｌのいずれかを符号化する必要がある場合には、エントロピー符号化器１１５にて符号化され、ビットストリームデータに含まれる。
　動画像符号化装置の説明にて示したとおり、本発明におけるビット長変換処理は、特定のビット長の拡張方法、ビット長の縮小方法ならびに予測方法に限定されない。
　これらのステップを全ての対象ブロックについて実施することにより、最終的なビットストリームが生成される。
　（動画像復号装置）
　図４に、本発明によるビット長変換を伴う動画像復号装置５００のブロック図を示す。動画像復号装置５００は、入力端子（入力手段）５０１、データ解析器（解析手段）５０２、伸張器（残差信号復元手段）５０３、加算器（画像復元手段）５０４、予測信号生成器（予測信号生成手段）５０５、ビット長縮小変換器（第１の縮小変換手段）５０６、画像処理器（画像処理手段）５０７、フレームメモリ（格納手段）５０８、及び、画像出力端子５０９を備えている。
　このような動画像復号装置５００について、以下、各構成部の動作を述べる。入力端子５０１には、各対象ブロックの拡張予測信号の生成に要する付加情報と対象ブロックの残差信号の符号化データを含むビットストリームが入力される。本実施形態では、図１の動画像符号化装置１００で処理して得られたビットストリームが動画像復号装置５００に入力される。
　データ解析器５０２は、入力データ（入力されたビットストリーム）を解析し、残差信号の符号化データ（量子化変換係数）と付加情報を復号する。さらに、入力データにビット長を示す情報であるＭ、Ｎ、Ｌのいずれかの値が含まれている場合には、復号され、後述するビット長縮小変換器や予測信号生成器に通知される。なお、復号方法としては、可変長復号あるいは算術復号などが用いられる。
　復号された残差信号の符号化データ（量子化変換係数）は、ラインＬ５０２ａ経由で伸張器５０３に入力され、残差信号に復元される。伸張器５０３は、一般に量子化変換係数を変換係数に逆量子化する逆量子化器と、変換係数を逆変換し残差信号を再生する逆変換器により構成されるが、その一方がなくてもよいし、別の構成でもよい。
　一方、データ解析器５０２にて復号された付加情報はラインＬ５０２ｂ経由で予測信号生成器５０５に送られる。予測信号生成器５０５では、付加情報に基づき、動画像符号化装置の予測信号生成器１０５と同様の手順でＭビットの拡張予測信号を生成する。加算器５０４は、拡張予測信号と復元した残差信号とを加算することで、Ｍビットの拡張再生信号を生成する。ここで、拡張再生信号のビット長はＭビットであるが、伸張器５０３や加算器５０４などの中間処理ではＭビットより長いビット長の信号になってもよい。例えば、残差信号はマイナス値となる可能性があるため、通常（Ｍ＋１）ビットのビット長となる。また演算精度向上のため逆量子化された変換係数を（Ｍ＋１）ビットより長いビット長としてもよい。
　ビット長縮小変換器５０６では、Ｍビットの再生信号をＬビットの再生信号に変換する。ＬはＮ以下の正の整数であり、フレームメモリの容量に依存した値となる。通常はフレームメモリの容量は、入力画像と同じビット長になるため、Ｌ＝Ｎとする。図３は、Ｌ＝Ｎの例である。
　Ｌビットの再生信号は、ラインＬ５０６経由で、画像処理器５０７に入力される。画像処理器５０７では、再生信号に米国特許出願公開公報第２００６／１５３３０１号に示されるような画質改善処理やＨ．２６４等に定義されるようなブロックノイズ除去処理を施す。このようにして復元されたＬビットの再生信号は、予測信号を生成する際の参照画像として使用されるため、フレームメモリ５０８に格納される。画像処理器５０７では、ブロック間に信号処理を施すため、ラインＬ５０６経由で入力される再生信号に加えて既にフレームメモリ５０８に格納されている再生信号を用いる。
　これらの処理をビットストリームの全データが処理されるまで繰り返すことにより、動画像データが復元される。
　次に、図４及び図５を参照して、本実施形態に係る動画像復号装置５００の変形例について説明する。
　ビット数Ｌの値がビット数Ｎの値と異なる場合には、Ｎビットの再生信号を出力するため、図４の動画像復号装置５００に、Ｍビットの再生信号をＮビットの再生信号に変換する処理を追加する必要がある。図５の動画像復号装置５００－２にその構成を示す。図５の動画像復号装置５００－２では、ビット長縮小変換器（第２の縮小変換手段）５０６にてＭビットの再生信号をＬビットの再生信号に変換し、ビット長縮小変換器５１０にてＭビットの再生信号をＮビットの再生信号に変換する。
　図６には、上述した動画像符号化装置１００の変形例である動画像符号化装置１００－２にて生成されたビットストリームデータを復号する動画像復号装置５００－３の構成を示す。ここではＮ＝Ｌと考える。予測信号生成器５０５ａでは、Ｎビットの予測信号が生成され、ラインＬ５０５ａ経由でビット長拡張変換器５０５ｂに入力される。ビット長拡張変換器５０５ｂでは、Ｎビットの予測信号がＭビットの拡張予測信号に拡張され、ラインＬ５０５経由で加算器５０４に出力される。
　なお、本発明の特徴であるビット長変換手法は、図４と図６に示した動画像復号装置５００，５００－３の構成を同時に有する装置構成においても有効である。この場合、予測信号生成器５０５，５０５ａにおける予測モードに、Ｌビットの参照画像からＭビットの拡張予測信号を直接生成する方法や、１度Ｌビットの予測信号を生成してからこれをビット長拡張変換器にてＭビットの予測信号に変換する方法が含まれ、復号した付加情報に応じて選択的に処理される。
　（動画像復号方法）
　図７には、動画像復号装置５００により実行される、ビット長変換を伴う動画像復号処理の流れ図を示す。圧縮符号化されたデータが入力端子５０１に入力される（ステップ７０１：入力ステップ）。次に、データ解析器５０２は、入力されたデータをエントロピー復号し、符号化情報（量子化変換係数）、及び付加情報を抽出する（ステップ７０２：解析ステップ）。この際、入力データにＭ、Ｎ、Ｌの値が含まれる場合には、復号され、後述するビット長縮小変換や予測信号生成処理に用いられる。
　予測信号生成器５０５は、付加情報を復号し、Ｌビットの再生画像を用いて、Ｍビットの拡張予測信号を生成する（ステップ７０３：予測信号生成ステップ）。予測信号の生成方法には、Ｌビットの信号から直接Ｍビットの予測信号を生成する方法や、１度Ｌビットの予測信号を生成してから、ビット長拡張変換器５０５ｂにてＭビットの拡張予測信号に変換する方法が含まれる。
　同時に伸張器５０３は、抽出された量子化変換係数を逆量子化して変換係数を復元し、この変換係数を逆変換して、残差信号を復元する（ステップ７０４：残差信号復元ステップ）。加算器５０４は、拡張予測信号と復元した残差信号を加算し、Ｍビットの拡張再生画像を生成する（ステップ７０５：画像復元ステップ）。
　次に、ビット長縮小変換器は、Ｍビットの拡張再生画像をＬビットの再生画像に変換する（ステップ７０６：第１の縮小変換ステップ）。ここでは、Ｎ＝Ｌとする。画像処理器５０７は、例えば米国特許出願公開公報第２００６／１５３３０１号に示すような手法でＬビットの再生画像に加工処理を実施し、処理後の再生画像を予測信号生成の際の参照画像として使用するためフレームメモリ５０８に格納する（ステップ７０７：画像処理ステップ、格納ステップ）。画像処理器５０７では、対象ブロック間に信号処理を施すため、Ｌビットに変換された再生信号に加えて既にフレームメモリ５０８に格納されている再生信号を用いる。
　これらのステップを、ビットストリームの全データが処理されるまで繰り返すことにより、動画像データが復元される。
　なお、図５の動画像復号装置５００－２の構成のように、Ｌ＝Ｎでない場合には、ビット長縮小変換器５１０にて、Ｎビットの再生画像を生成するステップが追加される。
　動画像復号装置の説明にて示したとおり、本発明におけるビット長変換処理は、特定のビット長の拡張方法、ビット長の縮小方法ならびに予測方法に限定されない。
　（動画像符号化プログラム・動画像復号プログラム）
　動画像符号化装置１００に係る発明は、コンピュータを動画像符号化装置として機能させるための動画像符号化プログラムに係る発明として捉えることができる。あるいは、本実施形態に係る動画像符号化方法をプログラムとして記録媒体に格納して提供することもできる。また、動画像復号装置５００に係る発明は、コンピュータを動画像復号装置あるいは動画像符号化方法として機能させるための動画像復号プログラムに係る発明として捉えることができる。あるいは本実施形態に係る動画像復号方法をプログラムとして記録媒体に格納して提供することもできる。動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムは、例えば、記録媒体に格納されて提供される。記録媒体としては、フレキシブルディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ等の記録媒体、あるいはＲＯＭ等の記録媒体、あるいは半導体メモリ等が例示される。
　図８は、動画像符号化方法を実行することができるプログラムのモジュールを示すブロック図である。動画像符号化プログラムＰ１００は、ブロック分割モジュールＰ１０１、予測方法決定モジュールＰ１０２、予測信号生成モジュールＰ１０３、記憶モジュールＰ１０４、減算モジュールＰ１０５、圧縮モジュールＰ１０６、伸張モジュールＰ１０７、加算モジュールＰ１０８、ビット長拡張モジュールＰ１０９、ビット長縮小モジュールＰ１１０、画像処理モジュールＰ１１１及びエントロピー符号化モジュールＰ１１２を備えている。
　上記各モジュールが実行されることにより実現される機能は、上述した動画像符号化装置１００の機能と同じである。すなわち、画像予測符号化プログラムＰ１００の各モジュールの機能は、ブロック分割器１０３、予測方法決定器１０６、予測信号生成器１０５、フレームメモリ１１４、差分器１０４、圧縮器１１０、伸張器１１１、加算器１１２、ビット長拡張変換器１０２、ビット長縮小変換器１１３、画像処理器１１６、エントロピー符号化器１１５の機能と同様である。
　また、図９は、動画像復号方法を実行することができるプログラムのモジュールを示すブロック図である。動画像復号プログラムＰ５００は、データ解析モジュールＰ５０１、予測信号生成モジュール５０２、記憶モジュール５０３、伸張モジュールＰ５０４、加算モジュールＰ５０５、ビット長縮小モジュールＰ５０６及び画像処理モジュールＰ５０７を備えている。
　上記各モジュールが実行されることにより実現される機能は、上述した動画像復号装置５００の各構成要素と同じである。すなわち、動画像復号プログラムＰ５００の各モジュールの機能は、データ解析器５０２、予測信号生成器５０５、フレームメモリ５０８、伸張器５０３、加算器５０４、ビット長縮小変換器５０６、画像処理器５０７の機能と同様である。
　このように構成された動画像符号化プログラムＰ１００または動画像復号プログラムＰ５００は、記録媒体１０に記憶され、後述するコンピュータで実行される。
　図１０は、記録媒体１０に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータ３０のハードウェア構成を示す図であり、図１１は、記録媒体１０に記録されたプログラムを実行するためのコンピュータ３０の斜視図である。ここでのコンピュータ３０としては、ＣＰＵを具備しソフトウェアによる処理や制御を行うＤＶＤプレーヤ、セットトップボックス、携帯電話などを含む。
　図１０に示すように、コンピュータ３０は、フレキシブルディスクドライブ装置、ＣＤ－ＲＯＭドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置等の読み取り装置１２と、オペレーティングシステムを常駐させた作業用メモリ（ＲＡＭ）１４と、記録媒体１０に記憶されたプログラムを記憶するメモリ１６と、ディスプレイ１８と、入力装置であるマウス２０及びキーボード２２と、データ等の送受信を行うための通信装置２４と、プログラムの実行を制御するＣＰＵ２６とを備えている。コンピュータ３０は、記録媒体１０が読み取り装置１２に挿入されると、読み取り装置１２から記録媒体１０に格納された動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムにアクセス可能になり、当該動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムによって、コンピュータ３０は、本発明に係る動画像符号化装置及び動画像復号装置として動作することが可能になる。
　図１１に示すように、動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムは、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号４０として、有線ネットワーク・無線ネットワークを介して提供されるものであってもよい。この場合、コンピュータ３０は、通信装置２４によって受信した動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムをメモリ１６に格納し、当該動画像符号化プログラム及び動画像復号プログラムを実行することができる。
　以上説明した本実施形態の動画像符号化装置１００，１００－２によれば、画素値がビット長Ｎで表される対象画像が、ビット長拡張変換器１０２により各画素値がビット長Ｍで表されるように変換した上で、圧縮器１１０により符号化され、さらに、符号化された画像が伸張器１１１により復元された上で、ビット長縮小変換器１１３により画素値がビット長Ｍより値の小さいビット長Ｌで表される再生画像に変換され、この再生画像が参照画像としてフレームメモリ１１４に格納される。これにより、符号化の対象となる画像信号の各画素を対象信号のビット長より長いビット長に変換した上で圧縮器１１０において符号化処理を行なうため、符号化処理の高精度演算を可能とし、符号化効率を高めることができる。また、圧縮器１１０において符号化処理を行ったときのビット長Ｍより短いビット長Ｌに変換した上でフレームメモリ１１４に格納されるため、フレームメモリの容量や帯域の増大を抑えることができる。
　また、本実施形態の動画像復号装置５００，５００－２，５００－３によれば、入力端子５０１を経て入力されたデータストリームから、データ解析器５０２及び伸張器５０３により、画素値が対象画像のビット長Ｎより大きいビット長Ｍで表される拡張再生画像が復元され、さらに、拡張再生画像が、ビット長縮小変換器５０６により、画素値がビット長Ｍより値の小さいビット長Ｌで表される再生画像に変換され、この再生画像が参照画像としてフレームメモリ５０８に格納される。これにより、符号化の対象となった画像信号の各画素を対象信号のビット長より長いビット長に変換した上で、データ解析器５０２及び伸張器５０３において復号処理を行なうため、復号処理の高精度演算を可能とし、符号化効率を高めることができる。また、データ解析器５０２及び伸張器５０３において復号処理を行ったときのビット長より短いビット長に変換した上でフレームメモリ５０８に格納されるため、フレームメモリ５０８の容量や帯域の増大を抑えることができる。
　また、本実施形態の動画像符号化装置１００，１００－２及び動画像復号装置５００，５００－２，５００－３によれば、フレームメモリ１１４，５０８に格納された参照画像のビット長と、ビット長縮小変換器１１３，５０６により変換された再生画像のビット長とが、共にビット長Ｌである。このため、画像処理器１１６，５０７により参照画像を利用して再生画像を加工する処理を行う場合にも、参照画像と再生画像との間のビット長の違いを吸収する処理を別途追加する必要がなく、画像加工処理などの新たな処理を追加するのに伴う実装・処理コストが低減し、拡張が容易となる。
　このように、本実施形態によれば、フレームメモリの容量を増加させることなく、符号化の対象となる画像信号の各画素を対象信号のビット長より長いビット長に変換した上で符号化・復号処理を行なう。そのため、フレームメモリへのメモリ帯域を増やすことなく、符号化・復号処理の高精度演算を可能とし、符号化効率を高める効果がある。また、長いビット長の再生信号を短いビット長の信号に変換した後、画像処理器１１６，５０７により、フレームメモリに格納された信号を用いた画像信号の加工処理を実施する。そのため、フレームメモリに格納された信号に対するビット長の変換を追加することなく、前記加工処理が実施できる。
　１００，１００－２…動画像符号化装置、１０１，５０１…入力端子（入力手段）、１０２，１０５ｂ，５０５ｂ…ビット長拡張変換器（拡張変換手段）、１０３…ブロック分割器、１０４…差分器（残差信号生成手段）、１０５，１０５ａ，５０５，５０５ａ…予測信号生成器（予測信号生成手段）、１０６，１０６－２…予測方法決定器（予測信号生成手段）、１１０…圧縮器（符号化手段）、１１１…伸張器（復元手段）、１１２…加算器（復元手段）、１１３…ビット長縮小変換器（縮小変換手段）、１１４，５０８…フレームメモリ（格納手段）、１１５…エントロピー符号化器、１１６，５０７…画像処理器（画像処理手段）、１１７，５０９…出力端子、５００，５００－２，５００－３…動画像復号装置、５０２…データ解析器（解析手段）、５０３…伸張器（残差信号復元手段）、５０４…加算器（画像復元手段）、５０６…ビット長縮小変換器（第１の縮小変換手段）、５１０…ビット長縮小変換器（第２の縮小変換手段）。

Claims (19)

  1. 　画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力手段と、
    　前記対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換手段と、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、
    　前記格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、
    　前記拡張予測信号と前記拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成手段と、
    　前記残差信号生成手段により生成された残差信号を符号化する符号化手段と、
    　前記符号化された残差信号を復元した上で前記拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元手段と
    前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換手段と、を備え、
    　前記再生画像が参照画像として前記格納手段に格納される
    　ことを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 　前記縮小変換手段によって生成された前記再生画像に対して、前記格納手段に格納されている前記参照画像の少なくとも一部を用いて、前記再生画像を加工処理する画像処理手段を備え、
    　前記画像処理手段により加工処理された再生画像が前記格納手段に格納されることを特徴とする、請求項１に記載の動画像符号化装置。
  3. 　前記第３ビット長は第１ビット長と同じ値を有することを特徴とする、請求項２に記載の動画像符号化装置。
  4. 　前記符号化手段が、前記第１、第２及び第３のビット長に関する情報のうち少なくとも１つを符号化することを特徴とする、請求項１に記載の動画像符号化装置。
  5. 　第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力手段と、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、
    　前記データストリームの中から前記残差信号の符号化データを抽出して前記残差信号の符号化データを復号する解析手段と、
    　前記解析手段により復号された前記残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元手段と、
    　前記格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、
    　前記拡張予測信号と前記再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元手段と、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段と、を備え、
    　前記再生画像が参照画像として前記格納手段に格納される
    　ことを特徴とする動画像復号装置。
  6. 　前記第１の縮小変換手段によって生成された再生画像に対して、前記格納手段に格納されている前記参照画像の少なくとも一部を用いて、前記再生画像を加工処理する画像処理手段を備え、
    　前記画像処理手段により加工処理された再生画像が前記格納手段に格納されることを特徴とする、請求項５に記載の動画像復号装置。
  7. 　前記第３ビット長は第１ビット長と同じ値を有することを特徴とする、請求項６に記載の動画像復号装置。
  8. 　前記第１、第２及び第３のビット長に関する情報の少なくとも１つが前記データストリームに含まれており、前記解析手段によって復号された上で処理を行うことを特徴とする、請求項５に記載の動画像復号装置。
  9. 　前記拡張再生画像の画素値を第１ビット長で表される再生画像に変換する第２の縮小変換手段を備え、前記第２の縮小変換手段で生成された再生画像が表示装置に送信されることを特徴とする、請求項５に記載の動画像復号装置。
  10. 　画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力ステップと、
    　前記対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換ステップと、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納する格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、
    　前記拡張予測信号と前記拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成ステップと、
    　前記残差信号生成ステップにおいて生成された残差信号を符号化する符号化ステップと、
    　前記符号化ステップにおいて符号化された残差信号を復元した上で前記拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元ステップと、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換ステップと、
    　前記再生画像を前記格納手段に格納する格納ステップと、
    　を備えることを特徴とする動画像符号化方法。
  11. 　前記縮小変換ステップにおいて生成された再生画像に対して、前記格納手段に格納されている前記参照画像の少なくとも一部を用いて、前記再生画像を加工処理する画像処理ステップを備え、
    　前記格納ステップは、前記画像処理ステップにおいて加工処理された再生画像を前記格納手段に格納することを特徴とする、請求項１０に記載の動画像符号化方法。
  12. 　第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力ステップと、
    　前記データストリームの中から前記残差信号の符号化データを抽出して前記残差信号の符号化データを復号する解析ステップと、
    　前記解析ステップにおいて復号された前記残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元ステップと、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、
    　前記拡張予測信号と前記再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元ステップと、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換ステップと、
    　前記再生画像を前記格納手段に格納する格納ステップと、
    　を備えることを特徴とする動画像復号方法。
  13. 　前記第１の縮小変換ステップにおいて生成された再生画像に対して、前記格納手段に格納されている前記参照画像の少なくとも一部を用いて、前記再生画像を加工処理する画像処理ステップを備え、
    　前記格納ステップは、前記画像処理ステップにおいて加工処理された再生画像を前記格納手段に格納することを特徴とする、請求項１２に記載の動画像復号方法。
  14. 　コンピュータを、
    　画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力手段と、
    　前記対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換手段と、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、
    　前記格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、
    　前記拡張予測信号と前記拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成手段と、
    　前記残差信号生成手段により生成された残差信号を符号化する符号化手段と、
    　前記符号化された残差信号を復元した上で前記拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元手段と
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段
    　として機能させるための動画像符号化プログラムであって、
    　前記再生画像が参照画像として前記格納手段に格納される
    　ことを特徴とする動画像符号化プログラム。
  15. 　コンピュータを、さらに
    　前記縮小変換手段によって生成された前記再生画像に対して、前記格納手段に格納されている前記参照画像の少なくとも一部を用いて、前記再生画像を加工処理する画像処理手段として機能させ、
    　前記画像処理手段により加工処理された再生画像が前記格納手段に格納されることを特徴とする、請求項１４に記載の動画像符号化プログラム。
  16. 　コンピュータを、
    　第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力手段と、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、
    　前記データストリームの中から前記残差信号の符号化データを抽出して前記残差信号の符号化データを復号する解析手段と、
    　前記解析手段により復号された前記残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元手段と、
    　前記格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、
    　前記拡張予測信号と前記再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元手段と、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段
    　として機能させるため動画像復号プログラムであって、
    　前記再生画像が参照画像として前記格納手段に格納される
    　ことを特徴とする動画像復号プログラム。
  17. 　コンピュータを、さらに
    　前記第１の縮小変換手段によって生成された再生画像に対して、前記格納手段に格納されている前記参照画像の少なくとも一部を用いて、前記再生画像を加工処理する画像処理手段として機能させ、
    　前記画像処理手段により加工処理された再生画像が前記格納手段に格納されることを特徴とする、請求項１６に記載の動画像復号プログラム。
  18. 　動画像データを符号化及び復号するための動画像符号化・復号システムであって、
    　前記動画像データを圧縮符号化する動画像符号化装置と、
    　前記動画像符号化装置により圧縮符号化された動画像データを復号する動画像復号装置と、を具備し、
    　前記動画像符号化装置が、
    　画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力手段と、
    　前記対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換手段と、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、
    　前記格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、
    　前記拡張予測信号と前記拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成手段と、
    　前記残差信号生成手段により生成された残差信号を符号化する符号化手段と、
    　前記符号化された残差信号を復元した上で前記拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元手段と
    前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換手段と、を備え、
    　前記再生画像が参照画像として前記格納手段に格納されることを特徴とするものであり、
    　前記動画像復号装置が、
    　第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力手段と、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段と、
    　前記データストリームの中から前記残差信号の符号化データを抽出して前記残差信号の符号化データを復号する解析手段と、
    　前記解析手段により復号された前記残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元手段と、
    　前記格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成手段と、
    　前記拡張予測信号と前記再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元手段と、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換手段と、を備え、
    　前記再生画像が参照画像として前記格納手段に格納される
    　ことを特徴とする、動画像符号化・復号システム。
  19. 　動画像データを符号化及び復号するための動画像符号化・復号方法であって、
    　前記動画像データを圧縮符号化する動画像符号化方法と、
    　前記動画像符号化方法において圧縮符号化された動画像データを復号する動画像復号方法と、を具備し、
    　前記動画像符号化方法が、
    　画素値が第１ビット長で表される対象画像を入力する入力ステップと、
    　前記対象画像の各画素を第１ビット長より値の大きい第２ビット長で表されるように変換し拡張対象画像を生成する拡張変換ステップと、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納する格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、
    　前記拡張予測信号と前記拡張対象画像との残差信号を生成する残差信号生成ステップと、
    　前記残差信号生成ステップにおいて生成された残差信号を符号化する符号化ステップと、
    　前記符号化ステップにおいて符号化された残差信号を復元した上で前記拡張予測信号に加算し、拡張再生画像を生成する復元ステップと、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する縮小変換ステップと、
    　前記再生画像を前記格納手段に格納する格納ステップと、を備え、
    　前記動画像復号方法が、
    　第１ビット長で表される画素値を有する対象画像を第２ビット長で表されるように変換した拡張対象画像に対し、予測符号化することによって生成される残差信号を含むデータストリームを入力する入力ステップと、
    　前記データストリームの中から前記残差信号の符号化データを抽出して前記残差信号の符号化データを復号する解析ステップと、
    　前記解析ステップにおいて復号された前記残差信号の符号化データを再生残差信号に復元する残差信号復元ステップと、
    　前記第２ビット長より値の小さい第３ビット長で表される画素値を有する参照画像を格納するための格納手段に格納される前記参照画像より予測信号を生成し、前記予測信号を第２ビット長で表されるように変換し拡張予測信号を生成する予測信号生成ステップと、
    　前記拡張予測信号と前記再生残差信号とを加算することによって、拡張再生画像を復元する画像復元ステップと、
    　前記拡張再生画像の画素値を第３ビット長で表される再生画像に変換する第１の縮小変換ステップと、
    　前記再生画像を前記格納手段に格納する格納ステップと、
    　を備える動画像符号化・復号方法。
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