WO2018105148A1 - 画像符号化装置、画像符号化方法及び画像符号化プログラム、並びに画像復号化装置、画像復号化方法及び画像復号化プログラム - Google Patents

画像符号化装置、画像符号化方法及び画像符号化プログラム、並びに画像復号化装置、画像復号化方法及び画像復号化プログラム Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a technique for dividing an image into blocks and performing encoding and decoding in divided block units.
  • an image is divided into blocks each of which is a set of a predetermined number of pixels, and encoding and decoding are performed in units of blocks.
  • encoding and decoding are performed in units of blocks.
  • the coding efficiency will be reduced. Further, if the block is not divided into an appropriate size and shape, the amount of processing in subsequent encoding and decoding increases.
  • the present embodiment has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to provide a technique for improving coding efficiency by performing block division suitable for image coding and decoding.
  • an image encoding apparatus is an image encoding apparatus that divides an image into blocks and performs encoding in units of divided blocks.
  • a block division unit (101) that recursively divides the rectangle into sizes to generate an encoding target block
  • an encoding unit (105) that encodes block division information of the encoding target block.
  • the block dividing unit divides the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction to generate four blocks, and divides the target block in the recursive division into two in the horizontal direction or the vertical direction.
  • a two-part dividing unit that generates two blocks.
  • the bipartition unit prohibits the current recursive division target block from being divided in the same direction as the block was divided in the previous recursive division. .
  • This apparatus is an image coding apparatus that divides an image into blocks and performs coding in units of divided blocks, and recursively divides the image into rectangles of a predetermined size to generate a coding target block.
  • a block division unit (101) and an encoding unit (105) that encodes block division information of an encoding target block are provided.
  • the block dividing unit divides the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction to generate four blocks, and divides the target block in the recursive division into two in the horizontal direction or the vertical direction.
  • a two-part dividing unit that generates two blocks.
  • the block division unit prohibits further division of the target block when the previous recursive division is two divisions and the previous recursive division is four divisions.
  • Still another aspect of the present embodiment is an image encoding method.
  • This method is an image encoding method in which an image is divided into blocks and encoding is performed in units of divided blocks, and the image is recursively divided into rectangles of a predetermined size to generate an encoding target block.
  • the block division step includes a 4-division step for generating four blocks by dividing the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction, and a target block in the recursive division in two in the horizontal direction or the vertical direction. And two division steps for generating two blocks. If the previous recursive division is bipartition, the bipartition step prohibits the current recursive division target block from being divided in the same direction as the block was divided in the previous recursive division. .
  • Still another aspect of the present embodiment is an image decoding device.
  • This apparatus is an image decoding apparatus that divides an image into blocks and performs decoding in units of divided blocks, and recursively converts the image into a rectangle of a predetermined size based on the decoded block division information.
  • a block dividing unit (202) that divides and generates a decoding target block, and a decoding unit (203, 204, and 205) that decodes the decoding target block.
  • the block dividing unit divides the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction to generate four blocks, and divides the target block in the recursive division into two in the horizontal direction or the vertical direction.
  • a two-part dividing unit that generates two blocks.
  • the decoding unit indicates whether or not to divide the target block of the current recursive division in the same direction as the direction in which the block was divided in the previous recursive division when the previous recursive division is a bipartition. Do not decrypt the flag.
  • Still another aspect of the present embodiment is also an image decoding device.
  • This apparatus is an image decoding apparatus that divides an image into blocks and performs decoding in units of divided blocks, and recursively converts the image into a rectangle of a predetermined size based on the decoded block division information.
  • a block dividing unit (202) that divides and generates a decoding target block, and a decoding unit (203, 204, and 205) that decodes the decoding target block.
  • the block dividing unit divides the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction to generate four blocks, and divides the target block in the recursive division into two in the horizontal direction or the vertical direction.
  • a two-part dividing unit that generates two blocks.
  • the decoding unit does not decode a flag indicating whether or not to divide the target block when the previous recursive division is two divisions and the previous recursive division is four divisions.
  • Still another aspect of the present embodiment is an image decoding method.
  • This method is an image decoding method in which an image is divided into blocks, and decoding is performed in units of divided blocks, and the image is recursively converted into a rectangle of a predetermined size based on the decoded block division information. It has a block division step for dividing and generating a decoding target block, and a decoding step for decoding the decoding target block.
  • the block division step includes a 4-division step for generating four blocks by dividing the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction, and a target block in the recursive division in two in the horizontal direction or the vertical direction. And two division steps for generating two blocks.
  • the decoding step indicates whether or not the current recursive division target block is to be divided in the same direction as the block was divided in the previous recursive division when the previous recursive division is bipartition. Do not decrypt the flag.
  • any combination of the above-described constituent elements and a representation of the present embodiment converted between a method, an apparatus, a system, a recording medium, a computer program, etc. are also effective as an aspect of the present embodiment.
  • block division suitable for image encoding and decoding is possible, encoding efficiency can be improved, and image encoding and decoding with a small amount of processing can be provided.
  • the embodiment of the present invention provides an image encoding technique that divides an image into rectangular blocks and encodes / decodes the divided blocks.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of an image encoding device 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 1 shows only the flow of data related to the image signal.
  • each component supplies the encoded bit string generation unit 105 with a corresponding encoding. Data is generated, but the data flow regarding the additional information is not shown.
  • the block dividing unit 101 divides an image into encoding target blocks which are encoding processing units, and supplies an image signal in the encoding target block to the residual signal generating unit 103. Further, the block dividing unit 101 supplies the image signal of the encoding target block to the predicted image generation unit 102 in order to evaluate the degree of coincidence of the predicted image.
  • the block dividing unit 101 recursively divides an image into rectangles of a predetermined size to generate an encoding target block.
  • the block division unit 101 divides the target block in the recursive division into four blocks in the horizontal and vertical directions to generate four blocks, and divides the target block in the recursive division into two in the horizontal direction or the vertical direction. And a two-part dividing unit that generates two blocks. The detailed operation of the block division unit 101 will be described later.
  • the predicted image generation unit 102 performs intra-picture prediction (intra prediction) or inter-picture prediction (inter prediction) based on the prediction mode from the decoded image signal supplied from the decoded image memory 108, and generates a predicted image signal.
  • the image signal in the encoding target block supplied from the block dividing unit 101 is used for evaluation of intra prediction and inter prediction.
  • intra prediction the image signal of the encoding target block supplied from the block dividing unit 101 and the vicinity of the encoding target block existing in the same picture as the encoding target block supplied from the decoded image memory 108
  • the predicted image signal is generated using the image signal of the encoded block.
  • the image signal of the encoding target block supplied from the block dividing unit 101 is stored in the decoded image memory 108 in the time series of the picture (encoded picture) including the encoding target block.
  • the coded picture is used as a reference picture, block matching evaluation such as block matching is performed between the coded picture and the reference picture, a motion vector indicating the amount of motion is obtained, and motion compensation is performed from the reference picture based on this amount of motion.
  • the predicted image generation unit 102 supplies the generated predicted image signal to the residual signal generation unit 103.
  • the residual signal generation unit 103 performs subtraction between the image signal to be encoded and the prediction signal generated by the prediction image generation unit 102 to generate a residual signal, and supplies the residual signal to the orthogonal transformation / quantization unit 104.
  • the orthogonal transform / quantization unit 104 performs orthogonal transform / quantization on the residual signal supplied from the residual signal generation unit 103, and the encoded bit string generation unit 105 and inverse quantization of the residual signal subjected to the orthogonal transformation / quantization. Supply to the inverse orthogonal transform unit 106.
  • the coded bit string generation unit 105 generates a coded bit string for the orthogonal transform / quantized residual signal supplied from the orthogonal transform / quantization unit 104.
  • the encoded bit string generation unit 105 generates a corresponding encoded bit string for additional information such as a motion vector, a prediction mode, and block division information.
  • the inverse quantization / inverse orthogonal transform unit 106 performs inverse quantization / inverse orthogonal transform on the orthogonal transform / quantized residual signal supplied from the orthogonal transform / quantization unit 104 and performs inverse quantization / inverse orthogonal transform.
  • the residual signal is supplied to the decoded image signal superimposing unit 107.
  • the decoded image signal superimposing unit 107 superimposes the predicted image signal generated by the predicted image generating unit 102 and the residual signal subjected to inverse quantization and inverse orthogonal transform by the inverse quantization / inverse orthogonal transform unit 106 to generate a decoded image. Generated and stored in the decoded image memory 108. Note that the decoded image may be subjected to filtering processing for reducing block distortion or the like due to encoding and stored in the decoded image memory 108.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of the image decoding apparatus 200 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 shows only the flow of data related to the image signal, and additional information other than the image signal, such as a motion vector and a prediction mode, is supplied to each component by the bit string decoding unit 201 and used for corresponding processing.
  • additional information other than the image signal, such as a motion vector and a prediction mode, is supplied to each component by the bit string decoding unit 201 and used for corresponding processing.
  • the data flow regarding the additional information is not shown.
  • the bit string decoding unit 201 decodes the supplied encoded bit string, and supplies the residual signal subjected to orthogonal transform / quantization to the block dividing unit 202.
  • the block division unit 202 determines the shape of the block to be decoded based on the decoded block division information, and performs inverse quantization / inverse orthogonalization on the residual signal obtained by orthogonal transformation / quantization of the determined block to be decoded. This is supplied to the conversion unit 203.
  • the block division unit 202 recursively divides the image into rectangles of a predetermined size based on the decoded block division information to generate a decoding target block.
  • the block division unit 202 divides the target block in the recursive division into four in the horizontal direction and the vertical direction to generate four blocks, and divides the target block in the recursive division into two in the horizontal direction or the vertical direction. And a two-part dividing unit that generates two blocks. The detailed operation of the block dividing unit 202 will be described later.
  • the inverse quantization / inverse orthogonal transform unit 203 performs inverse orthogonal transform and inverse quantization on the supplied orthogonal transform / quantized residual signal, and performs the inverse orthogonal transform / inverse quantization residual signal. Get.
  • the predicted image generation unit 204 generates a predicted image signal from the decoded image signal supplied from the decoded image memory 206 and supplies it to the decoded image signal superimposing unit 205.
  • the decoded image signal superimposing unit 205 superimposes the predicted image signal generated by the predicted image generating unit 204 and the residual signal subjected to inverse orthogonal transform / inverse quantization by the inverse quantization / inverse orthogonal transform unit 203.
  • the decoded image signal is generated, output, and stored in the decoded image memory 206. Note that the decoded image may be subjected to a filtering process for reducing block distortion or the like due to encoding and stored in the decoded image memory 206.
  • FIG. 3 is a flowchart for explaining division into tree blocks and division inside the tree blocks.
  • the input image is divided into tree blocks of a predetermined size (S1000).
  • the tree block is assumed to be 128 pixels ⁇ 128 pixels.
  • the tree block is not limited to 128 pixels ⁇ 128 pixels, and any size and shape may be used as long as they are rectangular.
  • the size and shape of the tree block may be fixed values between the encoding device and the decoding device, but the encoding device determines and records and decodes it in the encoded bitstream.
  • the apparatus may use a recorded block size.
  • FIG. 4 shows how the input image is divided into tree blocks. Tree blocks are encoded and decoded in raster scan order, ie, left to right, top to bottom.
  • FIG. 5 shows the z-scan order. In z-scan, encoding and decoding are performed in the order of upper left, upper right, lower left, and lower right.
  • the division inside the tree block can be divided into four and two, and the four divisions are divided horizontally and vertically. The two divisions are divided in the horizontal direction or the vertical direction.
  • FIG. 6 is a diagram in which the tree block is divided into four parts horizontally and vertically.
  • FIG. 7 is a diagram in which the tree block is divided into two in the horizontal direction.
  • FIG. 8 is a diagram in which the tree block is divided into two in the vertical direction.
  • the inside of the tree block is divided into two in the vertical direction (S1008), and each process of the block divided into two in the vertical direction is performed (S1009). .
  • the re-division processing of the block divided into two in the horizontal direction will be described later (FIG. 11).
  • the inside of the block is divided into two in the vertical direction (S1108), and each process of the block divided into two in the vertical direction is performed (S1109).
  • the block dividing process is terminated without dividing the inside of the block (S1110).
  • the process shown in the flowchart of FIG. 9 is executed for each block divided into four.
  • the inside of the block divided into four is also encoded and decoded in the z-scan order.
  • each block divided into two first determines whether or not the inside of the block is divided into four in the horizontal and vertical directions (S1201).
  • FIG. 11 shows how the divided blocks are subdivided when the tree block is divided into two in the horizontal direction.
  • the divided block is re-divided into two parts only in the vertical direction and automatically divided into two in the vertical direction.
  • the tree block which is the parent block is divided into two, it is possible to completely prohibit four divisions in the child block.
  • it is possible to prevent the block from being divided in the same direction as the parent block so that it is possible to prevent block division that becomes a rectangular shape that is more elongated in the horizontal direction, and to facilitate encoding / decoding processing.
  • the processing shown in the flowchart of FIG. 10 is executed for each block divided into two in the horizontal direction.
  • the inside of the divided block is also encoded and decoded in the order of top and bottom.
  • each block divided into two first determines whether or not the inside of the block is divided into four in the horizontal and vertical directions (S1301).
  • FIG. 13 shows how the divided blocks are subdivided when the tree block is divided into two in the vertical direction.
  • the divided block is re-divided into two parts only in the horizontal direction and automatically divided into two in the horizontal direction.
  • the tree block which is the parent block is divided into two, it is possible to completely prohibit four divisions in the child block.
  • it is possible to prevent the block from being divided in the same direction as the parent block so that it is possible to prevent block division that becomes a rectangular shape that is more elongated in the vertical direction, and to facilitate encoding / decoding processing.
  • the processing shown in the flowchart of FIG. 12 is executed for each block divided into two in the vertical direction.
  • the inside of the divided block is also encoded and decoded in the order of left and right.
  • the parent block may not be a tree block.
  • the parent block may not be a tree block.
  • the above processing is also applied to the division of the subdivided blocks.
  • the block is divided by the same processing procedure as that of the block division unit 101 of the image coding apparatus 100.
  • the block division unit 101 of the image coding apparatus 100 selects a block division pattern and outputs the selected block division information.
  • the block division unit 202 of the image decoding apparatus divides the block using the block division information decoded from the encoded bit stream, and decodes the block division information from the encoded bit stream.
  • information having no option is different in syntax from not being transmitted in the bit stream.
  • FIG. 14 shows an example of syntax (encoded bitstream syntax rules) relating to block division according to the first embodiment.
  • a flag (4_division_flag) indicating whether or not to divide into four is transmitted / received.
  • 4_division_flag 1
  • the tree block is divided into four and the process is terminated.
  • the inside of the block divided into four parts is subdivided again with the syntax shown in FIG.
  • a flag (2_division_flag) indicating whether to divide into two is transmitted / received.
  • the processing for re-dividing the inside of the block also uses the syntax shown in FIG. 14, but differs from the case of dividing the tree block in that there is a limitation in the dividing direction when dividing the block into two. That is, when the tree block is divided into two, when the inside of the divided block is subdivided, it is prohibited to divide the tree block in the same direction as the division direction. As a result, it is possible to prevent the divided blocks from becoming more elongated rectangles, and to prevent an increase in memory bandwidth required for intra prediction or inter prediction. Details of prevention of an increase in memory bandwidth will be described later.
  • the 4 division is preferentially selected, and the information on whether or not to divide into 4 is a syntax that is transmitted and received before the information on whether or not to divide into 2 parts.
  • the information on whether or not to divide into 4 is a syntax that is transmitted and received before the information on whether or not to divide into 2 parts.
  • the encoding device adaptively determines the number of priority divisions with high encoding efficiency, and the decoding device It is also possible to divide the inside of the tree block with a syntax based on the selected priority division number.
  • intra prediction and inter prediction are performed using the divided blocks. Both intra prediction and inter prediction involve copying pixels from memory.
  • FIG. 15 (a) to FIG. 15 (d) show an example of intra prediction.
  • FIG. 15A and FIG. 15B show the prediction direction and mode number of intra prediction.
  • intra prediction is encoded / decoded by copying a pixel from an encoded / decoded pixel close to the encoding / decoding target block. A predicted image of the target block is generated.
  • intra-prediction encoding / decoded pixel generation is repeated from prediction image generation in units of blocks, so that the processing order is sequential in units of blocks, and the overall processing load increases as the inside of the block is divided into smaller units.
  • the pixel copy processing from the memory becomes larger as the shape of the block becomes an elongated rectangle.
  • the circuit scale increases. Therefore, when the inside of the block is divided into two, by restricting the division into two in the same direction as the parent block dividing method, it is possible to prevent an increase in memory bandwidth required for intra prediction.
  • Fig. 16 shows an example of inter prediction.
  • inter prediction a predicted image of an encoding / decoding target block is generated by copying a pixel in units of blocks from pixels included in an encoded / decoded image.
  • inter prediction when a pixel is copied from a reference image in units of blocks, it often has a configuration of an apparatus that needs to be acquired in a management unit of a memory including necessary pixels. For this reason, the smaller the block is divided, and the longer the shape of the block is, the longer the processing load becomes.
  • the second embodiment limits the further division of the inside of the block when the block is a predetermined size or less, and the other configuration is the same as the first embodiment. It is the same. This prevents the overall processing load from increasing as the inside of the block is divided into smaller parts.
  • 17 and 18 show the syntax related to block division according to the second embodiment.
  • the difference from the syntax of FIG. 14 of the first embodiment is that block division is enabled only when the block size is initially larger than a predetermined size.
  • the block when the number of pixels in the block is larger than 64 can be divided into four or two.
  • the third embodiment is different from the first embodiment in that the inside of the block divided in the vertical direction is further restricted from being divided in the vertical direction, and other configurations are the same as those in the first embodiment. It is the same.
  • pixel information of an image is stored in a one-dimensional memory in the order of raster scan. That is, on the one-dimensional memory, the pixels in the horizontal direction are stored relatively close, and the pixels in the vertical direction are stored relatively far away. Therefore, access to the pixels in the horizontal direction is easy, but access to the pixels in the vertical direction is not easy.
  • the number of pixels is the same, but the block of horizontal 8 pixels x vertical 16 pixels is the horizontal pixel 16 x vertical pixel 8.
  • the range of the memory in which the pixels are stored is wider than that of the block. Therefore, more memory bandwidth is required for pixel transfer when using motion compensation.
  • FIG. 19 shows a syntax related to block division according to the third embodiment.
  • the difference from the syntax of FIG. 14 of the first embodiment is that the interior is further prohibited from being divided into two parts in the vertical direction only when the parent block is divided into two parts in the vertical direction. That is, as shown in FIG. 20, when the parent block is divided into two parts in the vertical direction, and when the inside is further divided into two parts, there is no selection in the horizontal direction and the vertical direction, and the horizontal division is automatically selected.
  • FIG. 21 shows a syntax related to block division according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 22, when the divided internal block is divided into four after the parent block is divided into two, 2_division_after_4_division_flag becomes 1, and all subsequent divisions are prohibited.
  • the encoded bit stream of the image output from the image encoding device of the embodiment described above has a specific data format so that it can be decoded according to the encoding method used in the embodiment. Therefore, an image decoding apparatus corresponding to the image encoding apparatus can decode the encoded bit stream of this specific data format.
  • the encoded bit stream is converted into a data format suitable for the transmission form of the communication path. May be transmitted.
  • a transmission apparatus that converts the encoded bit stream output from the image encoding apparatus into encoded data in a data format suitable for the transmission form of the communication path and transmits the encoded data to the network, and receives the encoded data from the network.
  • a receiving device that restores the encoded bitstream and supplies the encoded bitstream to the image decoding device.
  • the transmission device includes a memory for buffering the encoded bit stream output from the image encoding device, a packet processing unit for packetizing the encoded bit stream, and a transmission unit for transmitting the packetized encoded data via the network.
  • a receiving device receives a packetized encoded data via a network, a memory for buffering the received encoded data, packetizes the encoded data to generate an encoded bitstream, And a packet processing unit provided to the image decoding apparatus.
  • a display device by adding a display unit that displays an image decoded by the image decoding device to the configuration.
  • the display unit reads out the decoded image signal generated by the decoded image signal superimposing unit 205 and stored in the decoded image memory 206 and displays it on the screen.
  • an imaging device by adding an imaging unit to the configuration and inputting the captured image to the image encoding device.
  • the imaging unit inputs the captured image signal to the block dividing unit 101.
  • the above encoding and decoding processes can be realized as a transmission, storage, and reception device using hardware, as well as stored in a ROM (Read Only Memory), a flash memory, or the like. It can also be realized by existing firmware or software such as a computer.
  • the firmware program and software program can be recorded on a computer-readable recording medium, provided from a server through a wired or wireless network, or provided as a data broadcast of terrestrial or satellite digital broadcasting Is also possible.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Image coding apparatus, 101 Block division part, 102 Prediction image generation part, 103 Residual signal generation part, 104 Orthogonal transformation / quantization part, 105 Encoding bit stream generation part, 106 Dequantization / inverse orthogonal transformation part, 107 Decoded image signal superimposing unit, 108 decoded image memory, 200 image decoding device, 201 bit stream decoding unit, 202 block dividing unit, 203 inverse quantization / inverse orthogonal transform unit, 204 prediction image generating unit, 205 decoded image signal superimposing unit, 206 Decoded image memory.
  • the present invention can be used for a technique in which an image is divided into blocks, and encoding and decoding are performed in units of divided blocks.

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Abstract

画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化装置を提供する。ブロック分割部（１０１）は、画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成する。符号化ビット列生成部（１０５）は、符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する。ブロック分割部（１０１）は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。２分割部は、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する。

Description

画像符号化装置、画像符号化方法及び画像符号化プログラム、並びに画像復号化装置、画像復号化方法及び画像復号化プログラム
　本発明は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化及び復号化を行う技術に関する。
　画像符号化及び復号化では、画像を所定数の画素の集合であるブロックに分割し、ブロック単位で符号化及び復号化を行う。適切なブロックの分割を行うことで画面内予測（イントラ予測）、画面間予測（インター予測）、直交変換、エントロピー符号化、等の効率が向上し、その結果、符号化効率が向上する。
特表２０１５－５２６００８号公報
　適切な大きさ及び形状でブロックを分割しなければ、符号化効率が低下する。また、適切な大きさ及び形状でブロックを分割しなければ、その後の符号化及び復号化での処理量が増大する。
　本実施形態はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、画像符号化及び復号化に適したブロック分割を行うことにより、符号化効率を向上させる技術を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本実施形態のある態様の画像符号化装置は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化装置であって、前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割部（１０１）と、符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化部（１０５）とを備える。前記ブロック分割部は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。前記２分割部は、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する。
　本実施形態の別の態様もまた、画像符号化装置である。この装置は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化装置であって、前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割部（１０１）と、符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化部（１０５）とを備える。前記ブロック分割部は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。前記ブロック分割部は、前々回の再帰的分割が２分割であり、前回の再帰的分割が４分割である場合、対象ブロックのさらなる分割を禁止する。
　本実施形態のさらに別の態様は、画像符号化方法である。この方法は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化方法であって、前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割ステップと、符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化ステップとを有する。前記ブロック分割ステップは、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割ステップと、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割ステップとを含む。前記２分割ステップは、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する。
　本実施形態のさらに別の態様は、画像復号化装置である。この装置は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化装置であって、復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割部（２０２）と、復号化対象ブロックを復号化する復号化部（２０３、２０４、２０５）とを備える。前記ブロック分割部は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。前記復号化部は、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割するかどうかを示すフラグを復号化しない。
　本実施形態のさらに別の態様もまた、画像復号化装置である。この装置は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化装置であって、復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割部（２０２）と、復号化対象ブロックを復号化する復号化部（２０３、２０４、２０５）とを備える。前記ブロック分割部は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。前記復号化部は、前々回の再帰的分割が２分割であり、前回の再帰的分割が４分割である場合、対象ブロックをさらに分割するかどうかを示すフラグを復号化しない。
　本実施形態のさらに別の態様は、画像復号化方法である。この方法は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化方法であって、復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割ステップと、復号化対象ブロックを復号化する復号化ステップとを有する。前記ブロック分割ステップは、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割ステップと、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割ステップとを含む。前記復号化ステップは、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割するかどうかを示すフラグを復号化しない。
　なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本実施形態の表現を方法、装置、システム、記録媒体、コンピュータプログラムなどの間で変換したものもまた、本実施形態の態様として有効である。
　本実施形態によれば、画像符号化及び復号化に適したブロック分割が可能になり、符号化効率を向上させ、処理量の少ない画像符号化及び復号化を提供することができる。
第１の実施の形態に係る画像符号化装置の構成図である。 第１の実施の形態に係る画像復号化装置の構成図である。 ツリーブロックへの分割及びツリーブロック内部の分割を説明するフローチャートである。 入力された画像をツリーブロックに分割する様子を示す図である。 ｚ－スキャンを説明する図である。 ツリーブロックを水平かつ垂直方向に４分割した図である。 ツリーブロックを水平方向に２分割した図である。 ツリーブロックを垂直方向に２分割した図である。 ツリーブロックを水平方向及び垂直方向に４分割した場合の分割された各ブロックの処理を説明するフローチャートである。 ツリーブロックを水平方向に２分割した場合の分割された各ブロックの処理を説明するフローチャートである。 ツリーブロックの分割が水平方向に２分割された場合の分割されたブロックの再分割の様子を示す図である。 ツリーブロックを垂直方向に２分割した場合の分割された各ブロックの処理を説明するフローチャートである。 ツリーブロックの分割が垂直方向に２分割された場合の分割されたブロックの再分割の様子を示す図である。 第１の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスの例を示す図である。 イントラ予測を説明する図である。 インター予測を説明する図である。 第２の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスの例を示す図である。 第２の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスの別の例を示す図である。 第３の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスの例を示す図である。 水平方向または垂直方向に２分割された場合のブロック内部をさらに同一方向に再分割する様子を示す図である。 第４の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスの例を示す図である。 ツリーブロックの分割が２分割された場合のブロック内部の４分割を示す図である。
　本発明の実施の形態は、画像を矩形ブロックに分割し、分割されたブロックを符号化・復号化する画像符号化技術を提供する。
（第１の実施の形態）
　本発明の実施の形態１に係る画像符号化装置１００及び画像復号化装置２００について説明する。実施の形態１では、ブロック分割を再帰的に行う際、同一方向に連続して分割することを制限する。
　図１は第１の実施の形態に係る画像符号化装置１００の構成図である。ここで、図１では画像信号に関するデータの流れのみを表しており、動きベクトルや予測モードなど画像信号以外の付加情報については各構成要素が符号化ビット列生成部１０５に供給して対応する符号化データを生成するが、付加情報に関するデータの流れは図示していない。
　ブロック分割部１０１は、画像を符号化の処理単位となる符号化対象ブロックに分割し、符号化対象ブロック内の画像信号を残差信号生成部１０３に供給する。また、ブロック分割部１０１は、予測画像の一致度を評価するために符号化対象ブロックの画像信号を予測画像生成部１０２に供給する。
　ブロック分割部１０１は、画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成する。ブロック分割部１０１は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。ブロック分割部１０１の詳細の動作については後述する。
　予測画像生成部１０２は、復号画像メモリ１０８から供給される復号画像信号から、予測モードを基にピクチャ内予測（イントラ予測）或いはピクチャ間予測（インター予測）を行い、予測画像信号を生成する。ブロック分割部１０１から供給される符号化対象ブロック内の画像信号はイントラ予測及びインター予測の評価に用いられる。イントラ予測では、ブロック分割部１０１から供給される符号化対象ブロックの画像信号と、復号画像メモリ１０８から供給される符号化対象のブロックと同じピクチャ内に存在する符号化対象のブロックに近接する周囲の符号化済みブロックの画像信号を用いて予測画像信号を生成する。インター予測では、ブロック分割部１０１から供給され符号化対象ブロックの画像信号を、符号化対象ブロックを含むピクチャ（符号化ピクチャ）の時系列で前または後ろにある復号画像メモリ１０８に格納されている符号化済みピクチャを参照ピクチャとし、符号化ピクチャと参照ピクチャとの間でブロックマッチング等のブロック一致度評価を行い、動き量を示す動きベクトルを求め、この動き量を基に参照ピクチャから動き補償を行い、予測画像信号を生成する。予測画像生成部１０２は、こうして生成された予測画像信号を残差信号生成部１０３に供給する。
　残差信号生成部１０３は、符号化する画像信号と予測画像生成部１０２にて生成された予測信号との減算を行い残差信号を生成し、直交変換・量子化部１０４に供給する。
　直交変換・量子化部１０４は、残差信号生成部１０３から供給される残差信号を直交変換・量子化し、直交変換・量子化された残差信号を符号化ビット列生成部１０５及び逆量子化・逆直交変換部１０６に供給する。
　符号化ビット列生成部１０５は直交変換・量子化部１０４から供給される直交変換・量子化された残差信号に対する符号化ビット列を生成する。また、符号化ビット列生成部１０５は動きベクトルや予測モード、ブロック分割情報などの付加情報について、対応する符号化ビット列を生成する。
　逆量子化・逆直交変換部１０６は、直交変換・量子化部１０４から供給される直交変換・量子化された残差信号を逆量子化・逆直交変換し、逆量子化・逆直交変換された残差信号を復号画像信号重畳部１０７に供給する。
　復号画像信号重畳部１０７は、予測画像生成部１０２により生成された予測画像信号と逆量子化・逆直交変換部１０６で逆量子化及び逆直交変換された残差信号を重畳して復号画像を生成し、復号画像メモリ１０８に格納する。尚、復号画像に対して符号化によるブロック歪等を減少させるフィルタリング処理を施して、復号画像メモリ１０８に格納することもある。
　図２は実施の形態１に係る画像復号化装置２００の構成図である。ここで、図２では画像信号に関するデータの流れのみを表しており、動きベクトルや予測モードなど画像信号以外の付加情報についてはビット列復号部２０１が各構成要素に供給して対応する処理に用いるが、付加情報に関するデータの流れは図示していない。
　ビット列復号部２０１は、供給された符号化ビット列を復号化して、直交変換・量子化された残差信号をブロック分割部２０２に供給する。
　ブロック分割部２０２は、復号化したブロック分割情報に基づいて復号化対象ブロックの形状を決定し、決定された復号化対象ブロックの直交変換・量子化された残差信号を逆量子化・逆直交変換部２０３に供給する。
　ブロック分割部２０２は、画像を復号化されたブロック分割情報に基づいて所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成する。ブロック分割部２０２は、再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含む。ブロック分割部２０２の詳細の動作については後述する。
　逆量子化・逆直交変換部２０３は、供給された直交変換・量子化された残差信号に対して、逆直交変換及び逆量子化を行い、逆直交変換・逆量子化された残差信号を得る。
　予測画像生成部２０４は、復号画像メモリ２０６から供給される復号画像信号から予測画像信号を生成し、復号画像信号重畳部２０５に供給する。
　復号画像信号重畳部２０５は、予測画像生成部２０４で生成された予測画像信号と、逆量子化・逆直交変換部２０３により逆直交変換・逆量子化された残差信号とを重畳することにより、復号画像信号を生成し、出力するとともに復号画像メモリ２０６に格納する。尚、復号画像に対して符号化によるブロック歪等を減少させるフィルタリング処理を施して、復号画像メモリ２０６に格納することもある。
　画像符号化装置１００のブロック分割部１０１の動作について詳細に説明する。図３はツリーブロックへの分割及びツリーブロック内部の分割を説明するフローチャートである。
　まず、入力された画像を所定サイズのツリーブロックに分割する（Ｓ１０００）。例えば、ツリーブロックを１２８画素ｘ１２８画素とする。ただし、ツリーブロックは１２８画素ｘ１２８画素に限定されず、矩形であればどのような大きさ及び形状を用いてもよい。また、ツリーブロックの大きさ及び形状は、符号化装置と復号化装置の間で固定の値を定めておいてもよいが、符号化装置が決定して符号化ビットストリーム内に記録し復号化装置が記録されたブロックサイズを用いる構成にしてもよい。入力された画像をツリーブロックに分割する様子を図４に示す。ツリーブロックは、ラスタスキャン順、すなわち左から右、上から下に符号化及び復号化される。
　ツリーブロックの内部をさらに矩形のブロックに分割していく。ツリーブロック内部はｚ－スキャン順に符号化・復号化していく。図５にｚ－スキャンの順序を示す。ｚ－スキャンでは、左上、右上、左下、右下、の順序で符号化及び復号化する。ツリーブロック内部の分割は４分割と２分割が可能であり、４分割は水平方向かつ垂直方向に分割する。２分割は水平方向又は垂直方向に分割する。図６はツリーブロックを水平かつ垂直方向に４分割した図である。図７はツリーブロックを水平方向に２分割した図である。図８はツリーブロックを垂直方向に２分割した図である。
　再び図３を参照する。ツリーブロック内部を水平及び垂直方向に４分割するかどうかを判断する（Ｓ１００１）。
　ツリーブロック内部を４分割すると判断した場合（Ｓ１００１：Ｙｅｓ）、ツリーブロック内部を４分割し（Ｓ１００２）、水平かつ垂直方向に４分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１００３）。４分割されたブロックの再分割処理については後述する（図９）。
　ツリーブロック内部を４分割しないと判断した場合（Ｓ１００１：Ｎｏ）、ツリーブロック内部を２分割するかどうかを判断する（Ｓ１００４）。
　ツリーブロック内部を２分割すると判断した場合（Ｓ１００４：Ｙｅｓ）、２分割する方向を水平方向とするかどうかを判断する（Ｓ１００５）。
　２分割する方向を水平方向と判断した場合（Ｓ１００５：Ｙｅｓ）、ツリーブロック内部を水平方向に２分割し（Ｓ１００６）、水平方向に２分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１００７）。水平方向に２分割されたブロックの再分割処理については後述する（図１０）。
　２分割する方向を水平方向ではなく垂直方向と判断した場合（Ｓ１００５：Ｎｏ）、ツリーブロック内部を垂直方向に２分割し（Ｓ１００８）、垂直方向に２分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１００９）。水平方向に２分割されたブロックの再分割処理については後述する（図１１）。
　ツリーブロック内部を２分割しないと判断した場合（Ｓ１００４：Ｎｏ）、ツリーブロックの内部をブロック分割せずにブロック分割処理を終了する（Ｓ１０１０）。
　続いて、ツリーブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割した場合の分割された各ブロックの処理について図９のフローチャートを用いて説明する。
　ブロック内部を水平かつ垂直方向に再び４分割するかどうかを判断する（Ｓ１１０１）。
　ブロック内部を再び４分割すると判断した場合（Ｓ１１０１：Ｙｅｓ）、ブロック内部を再び４分割し（Ｓ１１０２）、水平かつ垂直方向に４分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１１０３）。
　ブロック内部を再び４分割しないと判断した場合（Ｓ１１０１：Ｎｏ）、ブロック内部を２分割するかどうかを判断する（Ｓ１１０４）。
　ブロック内部を２分割すると判断した場合（Ｓ１１０４：Ｙｅｓ）、２分割する方向を水平方向とするかどうかを判断する（Ｓ１１０５）。
　２分割する方向を水平方向と判断した場合（Ｓ１１０５：Ｙｅｓ）、ブロック内部を水平方向に２分割し（Ｓ１１０６）、水平方向に２分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１１０７）。
　２分割する方向を水平方向ではなく垂直方向と判断した場合（Ｓ１１０５：Ｎｏ）、ブロック内部を垂直方向に２分割し（Ｓ１１０８）、垂直方向に２分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１１０９）。
　ブロック内部を２分割しないと判断した場合（Ｓ１１０４：Ｎｏ）、ブロックの内部をブロック分割せずにブロック分割処理を終了する（Ｓ１１１０）。
　図９のフローチャートに示す処理が４分割された各ブロックについて実行される。４分割されたブロックの内部もｚ－スキャン順に符号化及び復号化していく。
　続いて、ツリーブロックを水平方向に２分割した場合の分割された各ブロックの処理について図１０のフローチャートを用いて説明する。
　ツリーブロックを水平方向に２分割した場合、２分割された各ブロックは、まず、ブロック内部を水平及び垂直方向に４分割するかどうかを判断する（Ｓ１２０１）。
　ブロック内部を４分割すると判断した場合（Ｓ１２０１：Ｙｅｓ）、ブロック内部を４分割し（Ｓ１２０２）、水平かつ垂直方向に４分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１２０３）。
　ブロック内部を４分割しないと判断した場合（Ｓ１２０１：Ｎｏ）、ブロック内部を再び２分割するかどうかを判断する（Ｓ１２０４）。
　再び２分割すると判断した場合（Ｓ１２０４：Ｙｅｓ）、ブロック内部を垂直方向に分割し（Ｓ１２０５）、垂直方向に２分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１２０６）。
　再び２分割しないと判断した場合（Ｓ１２０４：Ｎｏ）、ブロックの内部を再分割せずブロック分割処理を終了する（Ｓ１２０７）。
　図１１にツリーブロックの分割が水平方向に２分割された場合の分割されたブロックの再分割の様子を示す。ここで、親ブロックであるツリーブロックが水平方向に２分割された場合、分割されたブロックの再２分割では、垂直方向のみの２分割を許容し、自動的に垂直方向に２分割する。また、親ブロックであるツリーブロックが２分割された場合、子ブロックでは４分割も完全に禁止することも可能である。これにより、親ブロックと同一方向にブロックが分割されることを禁止できるため、より横方向に細長い長方形となるブロック分割を防止でき、符号化・復号化の処理がしやすくなる。
　図１０のフローチャートに示す処理が水平方向に２分割された各ブロックについて実行される。２分割されたブロックの内部も上、下の順に符号化及び復号化していく。
　続いて、ツリーブロックを垂直方向に２分割した場合の分割された各ブロックの処理について図１２のフローチャートを用いて説明する。
　ツリーブロックを垂直方向に２分割した場合、２分割された各ブロックは、まず、ブロック内部を水平及び垂直方向に４分割するかどうかを判断する（Ｓ１３０１）。
　ブロック内部を４分割すると判断した場合（Ｓ１３０１：Ｙｅｓ）、ブロック内部を４分割し（Ｓ１３０２）、水平かつ垂直方向に４分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１３０３）。
　ブロック内部を４分割しないと判断した場合（Ｓ１３０１：Ｎｏ）、ブロック内部を再び２分割するかどうかを判断する（Ｓ１３０４）。
　再び２分割すると判断した場合（Ｓ１３０４：Ｙｅｓ）、ブロック内部を水平方向に分割し（Ｓ１３０５）、水平方向に２分割したブロックの各処理を行う（Ｓ１３０６）。
　再び２分割しないと判断した場合（Ｓ１３０４：Ｎｏ）、ブロックの内部を再分割せずブロック分割処理を終了する（Ｓ１３０７）。
　図１３にツリーブロックの分割が垂直方向に２分割された場合の分割されたブロックの再分割の様子を示す。ここで、親ブロックであるツリーブロックが垂直方向に２分割された場合、分割されたブロックの再２分割では、水平方向のみの２分割を許容し、自動的に水平方向に２分割する。また、親ブロックであるツリーブロックが２分割された場合、子ブロックでは４分割も完全に禁止することも可能である。これにより、親ブロックと同一方向にブロックが分割されることを禁止できるため、より縦方向に細長い長方形となるブロック分割を防止でき、符号化・復号化の処理がしやすくなる。
　図１２のフローチャートに示す処理が垂直方向に２分割された各ブロックについて実行される。２分割されたブロックの内部も左、右の順に符号化及び復号化していく。
　なお、ツリーブロックが分割された時の分割されたブロックの再分割について説明したが、親ブロックがツリーブロックでなくてもよい。例えば、ツリーブロック（１２８ｘ１２８）を４分割し、４分割されたブロック（６４ｘ６４）をさらに４分割又は２分割した場合に、再分割されたブロックの分割にも上記処理を適用していく。
　次に、画像復号化装置２００のブロック分割部２０２の動作について説明する。画像符号化装置１００のブロック分割部１０１と同じ処理手順でブロックを分割するが、画像符号化装置１００のブロック分割部１０１では、ブロック分割のパターンを選択し、選択したブロック分割情報を出力するのに対して、画像復号化装置のブロック分割部２０２は、符号化ビットストリームから復号化されたブロック分割情報を用いてブロックを分割すること、また、符号化ビットストリームからブロック分割情報を復号化する際に、同一方向への再分割が禁止される状況では、選択肢のない情報はビットストリーム内で伝送しないシンタックス構造となっていることが異なる。
　第１の実施の形態のブロック分割に関するシンタックス（符号化ビットストリームの構文規則）の例を図１４に示す。ツリーブロックの内部の分割は、まず４分割をするかどうかのフラグ（4_division_flag）を送受信する。４分割する場合（4_division_flagが1）は、ツリーブロック内を４分割して処理を終了する。その後４分割されたブロックについて再度図１４に示すシンタックスで内部を再分割する。４分割しない場合（4_division_flagが0）は、２分割するかどうかのフラグ（2_division_flag）を送受信する。２分割する場合（2_division_flagが1）は、さらに、２分割する方向を示すフラグ（2_division_direction）を送受信する。2_division_directionが1の場合は垂直方向への分割を示し、2_division_directionが0の場合は水平方向への分割を示す。その後２分割されたブロックについて再度図１４に示すシンタックスでブロック内部を再分割する。２分割しない場合（2_division_flagが0）は、ツリーブロックを分割せずに処理を終了する。
　ここで、４分割又は２分割されたブロックの内部を再分割する処理について説明する。ブロック内部を再分割する処理も図１４に示すシンタックスを用いるが、ツリーブロックを分割する場合と比較して、２分割する場合の分割方向に制限があることが異なる。つまり、ツリーブロックを２分割している場合、２分割されたブロックの内部を再分割する場合には、ツリーブロックを２分割した分割方向と同一の方向で分割することを禁止する。これにより、分割されたブロックがより細長い長方形になることを防止し、イントラ予測やインター予測で必要となるメモリ帯域の増加を防止することができる。メモリ帯域の増加の防止についての詳細は後述する。
　また、同一方向に２分割した数をカウントして所定回数を超えた場合に同一方向に分割することを制限してももちろんよい。例えば、２回まで同一方向への２分割を許可するが、３回目からは同一方向への２分割を禁止する。
　図１４では、４分割を優先して選択し、４分割するかどうかの情報を２分割するかどうかの情報よりも先に送受信するシンタックスとした。一方、２分割を優先して選択する場合、２分割するかどうかの情報を４分割するかどうかの情報よりも先に送受信するシンタックスとすることも可能である。確率的により発生しやすい事象を先に送受信する方がビットストリームとして伝送する符号量が少なくなるためである。つまり、予め４分割と２分割のどちらが発生しやすいか推定し、より発生しやすい分割情報を先にする送受信するシンタックスとしてもよい。例えば、画像のヘッダ情報で４分割を優先するか、２分割を優先するかを送受信することで、符号化装置が適応的に符号化効率の高い優先分割数を決定して、復号化装置では選択された優先分割数に基づいたシンタックスでツリーブロック内部を分割することもできる。
　画像符号化装置１００及び画像復号化装置２００において、分割されたブロックを用いてイントラ予測やインター予測が行われる。イントラ予測、インター予測ともにメモリからの画素のコピーを伴う。
　図１５（ａ）～図１５（ｄ）にイントラ予測の一例を示す。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）はイントラ予測の予測方向とモード番号を示す。イントラ予測は、図１５（ｃ）及び図１５（ｄ）に示すように、符号化・復号化対象ブロックに近接する符号化・復号化済の画素から画素をコピーすることで符号化・復号化対象ブロックの予測画像を生成する。イントラ予測では、ブロック単位で予測画像生成から符号化・復号化画素生成を繰り返すため、処理順序がブロック単位でシーケンシャルとなり、ブロック内部を小さく分割するほど全体の処理の負荷が大きくなる。また、ブロックの形状が細長い長方形になるほどメモリからの画素コピーの処理が大きくなる。また、符号化・復号化には残差信号の直交変換を行うため、長方形のサイズの種類が多くなればなるほど必要な直交変換の種類が多くなり、その結果回路規模の増大につながる。そのため、ブロック内部を２分割する場合に、親ブロックの分割方法と同一方向に２分割することを制限することで、イントラ予測で必要となるメモリ帯域の増加を防止することができる。
　図１６にインター予測の一例を示す。インター予測は、符号化・復号化済の画像に含まれる画素からブロック単位で画素をコピーすることで符号化・復号化対象ブロックの予測画像を生成する。インター予測では、参照画像からブロック単位で画素をコピーする際に、必要な画素が含まれるメモリの管理単位での取得が必要な装置の構成となることが多い。そのため、ブロックを小さく分割するほど、また、ブロックの形状が細長い長方形になるほど、全体の処理の負荷が大きくなる。また、参照画像に対して補間フィルタを用いた小数精度の動き補償を行う場合には、ブロック内に含まれる画素に数画素を加えた画素のコピーが必要となり、ブロックの大きさが小さいほど、追加する数画素の相対的な比率が大きくなり、全体の処理の負荷が大きくなる。そのため、ブロック内部を２分割する場合に、親のブロックの分割方向と同一方向に２分割することを制限することで、インター予測で必要となるメモリ帯域の増加を防止することができる。
（第２の実施の形態）
　本発明の第２の実施の形態に係る画像符号化装置及び画像復号化装置について説明する。第２の実施の形態では、ブロックが所定サイズ以下の場合にブロック内部をさらに分割することを制限することが第１の実施の形態とは異なり、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。これにより、ブロック内部を小さく分割するほど全体の処理の負荷が大きくなることを防止する。
　図１７、図１８に第２の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスを示す。第１の実施の形態の図１４のシンタックスとの差異は、最初にブロックの大きさが所定サイズより大きい場合のみブロック分割を可能としていることである。図１７の場合、ブロック内の画素数が６４より大きい場合のブロックを４分割または２分割できる。
　また、４分割と２分割で分割されたブロック内の画素数の差を考慮する場合、図１８のように、４分割はブロック内の画素数が６４より大きい場合に許可し、２分割はブロック内の画素数が３２より大きい場合に許可する。これにより、分割されたブロックの画素数の制限を精度よく制御できる。
（第３の実施の形態）
　本発明の第３の実施の形態に係る画像符号化装置及び画像復号化装置について説明する。第３の実施の形態では、垂直方向に分割されたブロック内部をさらに垂直方向に分割することを制限することが第１の実施の形態とは異なり、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。
　通常、画像の画素情報は一次元メモリにラスタスキャン順に格納される。つまり、一次元メモリ上は、水平方向の画素は相対的に近くに格納されており、垂直方向の画素は相対的に遠くに格納されている。よって、水平方向の画素へのアクセスは容易であるが、垂直方向の画素へのアクセスは容易ではない。例えば、横１６画素ｘ縦８画素のブロックと横８画素ｘ縦１６画素のブロックの場合、画素数は同じであるが、横８画素ｘ縦１６画素のブロックの方が横画素１６ｘ縦画素８のブロックよりも画素が格納されているメモリの範囲が広い。そのため、動き補償を用いる際に画素の転送により多くのメモリバンド幅を必要とする。
　図１９に第３の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスを示す。第１の実施の形態の図１４のシンタックスとの差異は、親ブロックが垂直方向に２分割されている場合にのみ、さらに内部を垂直方向に２分割することを禁止する。つまり、図２０のように、親ブロックが垂直方向に２分割されている場合、さらに内部を２分割する場合には、水平方向と垂直方向の選択はなく自動的に水平方向の分割が選択される。
（第４の実施の形態）
　本発明の第４の実施の形態に係る画像符号化装置及び画像復号化装置について説明する。第４の実施の形態では、ブロックを２分割した後、分割された内部のブロックを４分割した場合に、４分割された内部のブロックのさらなる分割を禁止することが第１の実施の形態とは異なり、それ以外の構成は第１の実施の形態と同様である。
　図２１に第４の実施の形態のブロック分割に関するシンタックスを示す。図２２のように、親ブロックが２分割された後に、分割された内部のブロックを４分割した場合、2_division_after_4_division_flagが1となり、その後の分割をすべて禁止する。
　これは、２分割後に４分割した場合には、２分割を選択した際に４分割を選択しなかったことが確定しているため、２分割後に４分割した後にさらにブロック分割が必要になる可能性が低いためである。そのような場合は、最初から４分割を選択すればよい。また、２分割後に４分割している場合は、ブロックの形状が既に長方形になっているため、４分割後にさらに２分割する方向を禁止しようとすると、処理が複雑になる。２分割後に４分割されたブロックに対して一意的にその後のブロック分割を禁止すれば、ブロック分割が可能であるかどうか判定処理も複雑にならずに済む。２分割後に４分割されたブロックに対して一意的にその後のブロック分割を禁止することで、ブロック分割をしない選択をビットストリームで送受信する必要がなくなり、伝送する符号量を削減できる。
　なお、第１の実施の形態～第４の実施の形態までのブロック分割制限の手法を複数組み合わせることももちろん可能である。
　以上述べた実施の形態の画像符号化装置が出力する画像の符号化ビットストリームは、実施の形態で用いられた符号化方法に応じて復号化することができるように特定のデータフォーマットを有しており、画像符号化装置に対応する画像復号化装置がこの特定のデータフォーマットの符号化ビットストリームを復号化することができる。
　画像符号化装置と画像復号化装置の間で符号化ビットストリームをやりとりするために、有線または無線のネットワークが用いられる場合、符号化ビットストリームを通信路の伝送形態に適したデータ形式に変換して伝送してもよい。その場合、画像符号化装置が出力する符号化ビットストリームを通信路の伝送形態に適したデータ形式の符号化データに変換してネットワークに送信する送信装置と、ネットワークから符号化データを受信して符号化ビットストリームに復元して画像復号化装置に供給する受信装置とが設けられる。
　送信装置は、画像符号化装置が出力する符号化ビットストリームをバッファするメモリと、符号化ビットストリームをパケット化するパケット処理部と、パケット化された符号化データをネットワークを介して送信する送信部とを含む。受信装置は、パケット化された符号化データをネットワークを介して受信する受信部と、受信された符号化データをバッファするメモリと、符号化データをパケット処理して符号化ビットストリームを生成し、画像復号化装置に提供するパケット処理部とを含む。
　また、画像復号化装置で復号化された画像を表示する表示部を構成に追加することで、表示装置とすることも可能である。その場合、表示部は、復号画像信号重畳部２０５により生成され、復号画像メモリ２０６に格納された復号画像信号を読み出して画面に表示する。
　また、撮像部を構成に追加し、撮像した画像を画像符号化装置に入力することで、撮像装置とすることも可能である。その場合、撮像部は、撮像した画像信号をブロック分割部１０１に入力する。
　以上の符号化及び復号化に関する処理は、ハードウェアを用いた伝送、蓄積、受信装置として実現することができるのは勿論のこと、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）やフラッシュメモリ等に記憶されているファームウェアや、コンピュータ等のソフトウェアによっても実現することができる。そのファームウェアプログラム、ソフトウェアプログラムをコンピュータ等で読み取り可能な記録媒体に記録して提供することも、有線あるいは無線のネットワークを通してサーバから提供することも、地上波あるいは衛星ディジタル放送のデータ放送として提供することも可能である。
　以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
　１００　画像符号化装置、　１０１　ブロック分割部、　１０２　予測画像生成部、　１０３　残差信号生成部、　１０４　直交変換・量子化部、　１０５　符号化ビット列生成部、　１０６　逆量子化・逆直交変換部、　１０７　復号画像信号重畳部、　１０８　復号画像メモリ、　２００　画像復号化装置、　２０１　ビット列復号部、　２０２　ブロック分割部、　２０３　逆量子化・逆直交変換部、　２０４　予測画像生成部、　２０５　復号画像信号重畳部、　２０６　復号画像メモリ。
　本発明は、画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化及び復号化を行う技術に利用できる。

Claims (10)

  1. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化装置であって、
    　前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割部と、
    　符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化部とを備え、
    　前記ブロック分割部は、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含み、
    　前記２分割部は、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する、
    　ことを特徴とする画像符号化装置。
  2. 　前記２分割部は、前回の再帰的分割が２分割であり、対象ブロックが所定の大きさ以下である場合に、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の画像符号化装置。
  3. 　前記２分割部は、前回の再帰的分割が２分割であり、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向が垂直方向である場合に、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の画像符号化装置。
  4. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化装置であって、
    　前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割部と、
    　符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化部とを備え、
    　前記ブロック分割部は、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含み、
    　前記ブロック分割部は、前々回の再帰的分割が２分割であり、前回の再帰的分割が４分割である場合、対象ブロックのさらなる分割を禁止する、
    　ことを特徴とする画像符号化装置。
  5. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化方法であって、
    　前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割ステップと、
    　符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化ステップとを有し、
    　前記ブロック分割ステップは、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割ステップと、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割ステップとを含み、
    　前記２分割ステップは、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する、
    　ことを特徴とする画像符号化方法。
  6. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で符号化を行う画像符号化プログラムであって、
    　前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して符号化対象ブロックを生成するブロック分割ステップと、
    　符号化対象ブロックのブロック分割情報を符号化する符号化ステップとをコンピュータに実行させ、
    　前記ブロック分割ステップは、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割ステップと、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割ステップとを含み、
    　前記２分割ステップは、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割することを禁止する、
    　ことを特徴とする画像符号化プログラム。
  7. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化装置であって、
    　復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割部と、
    　復号化対象ブロックを復号化する復号化部とを備え、
    　前記ブロック分割部は、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含み、
    　前記復号化部は、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割するかどうかを示すフラグを復号化しない、
    　ことを特徴とする画像復号化装置。
  8. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化装置であって、
    　復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割部と、
    　復号化対象ブロックを復号化する復号化部とを備え、
    　前記ブロック分割部は、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割部と、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割部とを含み、
    　前記復号化部は、前々回の再帰的分割が２分割であり、前回の再帰的分割が４分割である場合、対象ブロックをさらに分割するかどうかを示すフラグを復号化しない、
    　ことを特徴とする画像復号化装置。
  9. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化方法であって、
    　復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割ステップと、
    　復号化対象ブロックを復号化する復号化ステップとを有し、
    　前記ブロック分割ステップは、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割ステップと、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割ステップとを含み、
    　前記復号化ステップは、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割するかどうかを示すフラグを復号化しない、
    　ことを特徴とする画像復号化方法。
  10. 　画像をブロックに分割し、分割されたブロック単位で復号化を行う画像復号化プログラムであって、
    　復号化されたブロック分割情報に基づいて前記画像を所定サイズの矩形に再帰的に分割して復号化対象ブロックを生成するブロック分割ステップと、
    　復号化対象ブロックを復号化する復号化ステップとをコンピュータに実行させ、
    　前記ブロック分割ステップは、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向かつ垂直方向に４分割して４つのブロックを生成する４分割ステップと、
    　再帰的分割における対象ブロックを水平方向又は垂直方向に２分割して２つのブロックを生成する２分割ステップとを含み、
    　前記復号化ステップは、前回の再帰的分割が２分割である場合、前回の再帰的分割においてブロックが分割された方向と同一の方向で今回の再帰的分割の対象ブロックを分割するかどうかを示すフラグを復号化しない、
    　ことを特徴とする画像復号化プログラム。
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