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算術符号化装置、算術符号化方法、算術符号化プログラム及びプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体 新技術説明会

国内特許コード P09S000247
整理番号 TUK20080030
掲載日 2009年12月4日
出願番号 特願2008-503883
登録番号 特許第4547503号
出願日 平成19年3月6日(2007.3.6)
登録日 平成22年7月16日(2010.7.16)
国際出願番号 JP2007054358
国際公開番号 WO2007102518
国際出願日 平成19年3月6日(2007.3.6)
国際公開日 平成19年9月13日(2007.9.13)
優先権データ
  • 特願2006-061780 (2006.3.7) JP
発明者
  • 宋 天
  • 山田 篤
  • 島本 隆
出願人
  • 国立大学法人徳島大学
発明の名称 算術符号化装置、算術符号化方法、算術符号化プログラム及びプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体 新技術説明会
発明の概要

【課題】H.264/AVCにおけるCABACの処理の演算量を削減する。
【解決手段】2値化部で生成された2値シンボルを算術符号化するための算術符号化部と、コンテキスト番号を生成するためのコンテキスト計算部と、2値化部で生成された2値シンボルに基づいて、優勢シンボル或いは劣勢シンボルが示すシンボル値とシンボル出現確率とを更新するための更新部と、コンテキスト計算部で計算されたコンテキスト番号をインデックスとして、シンボル値とシンボル出現確率とを格納するための確率状態格納部とを備える算術符号化装置であって、算術符号化部は、劣勢シンボルの区間を発生確率に基づいて分割した領域rLPSの予測値を格納する第1格納部と、同じくrLPSの予測値を格納する、第1格納部とは別個の第2格納部と、第1格納部及び第2格納部に格納されたrLPSの予測値を参照して算術符号化を行う演算部とを備える。
【選択図】図1

従来技術、競合技術の概要


近年、DVDや地上デジタルハイビジョン等の高画質動画像の普及が急速に進んでおり、動画像の高ビットレート、高解像度によって情報量が飛躍的に増加し、効率のよい動画像データの圧縮が必須となっている。デジタル動画像圧縮の主な構成技術は、予測符号化、動き処理、変換符号化、量子化、符号割当の5つがある。この内、符号割当は、量子化レベルなどに「0」、「1」の符号を効率よく割り当て、冗長な符号の削減をする。符号割当には可変長符号化、適応符号化、固定長符号化等が知られている。可変長符号化(VLC:Variable Length Cording)はハフマン符号化、ランレングス符号化、算術符号化、適応ビット割当等に区分される。この内、算術符号化は、シンボルの出現確率に応じて符号化テーブルを作成し符号割当を行うものである。



算術符号化は、画像データの特徴に応じた最適な符号割当ができるため、固定した符号化テーブルを使用するハフマン符号化などに比べて符号化効率が優れている。しかしながら算術符号化は、シンボルの出現確率を計算しながら符号化テーブルを作成し符号割当をする動的な方式のため、一般的にハフマン符号化と比較して多大な計算処理を必要とするという問題がある。



一方、ITU-T(International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector)では、動画像符号化・復号技術としてH.264の規格策定を行っている(非特許文献1参照)。特許文献1には、ITU-T規格H.264による算術符号化・復号の処理プロセスの具体的な実現方法の実例が開示される。図26は、H.264/AVCによる算術符号化・復号の処理プロセスのフローチャートである。同図は、非特許文献1のFig.9-1を、機能を中心に再編集したものである。図26を用いて、算術符号化・復号の流れを以下に説明する。



あるシンタックス要素(Syntax Element:SE)について、符号化又は復号が開始されると、ステップ1において、そのシンタックス要素に対して、コンテキスト計算が行われる。コンテキスト計算では、コンテキストに対応するコンテキスト番号が求められ、コンテキスト番号によりシンボル値と確率状態が求められる。シンボル値は、一部の例外はあるものの、多くは対応表を参照することによって求められる。確率状態は、後述のステップ3で格納されている値を参照して求められる。求められたシンボル値と確率状態は、算術符号化・復号プロセスに与えられ、ステップ2に進む。



ステップ2においては、ステップ1より受け取ったシンボル値と確率状態を用いて、当該シンタックスの算術符号化又は復号を行い、結果を出力信号として出力する。同時に、符号化又は復号したシンボルの情報を、シンボル出現確率制御プロセスに出力し、ステップ3に進む。



ステップ3においては、符号化または復号したシンボルの情報を受けて、次の処理で用いるシンボル値と確率状態の更新値を求め、確率状態として格納しておく。



ステップ4において、当該シンタックス要素の符号化又は復号が完了したかどうかを判定し、完了してない場合には、ステップ1に戻り、符号化又は復号が完了するまで同様のプロセスを繰り返す。当該シンタックス要素の符号化又は復号が完了すると、次のシンタックス要素について符号化又は復号を行う。



図27に、H.264/AVCの算術符号化の処理プロセスを具現化した算術符号化装置のブロック図を示す。この算術符号化装置700は、適応算術符号化・復号部710、コンテキスト計算部720、及び符号化・復号制御部730を備え、適応算術符号化・復号部710は、算術符号化・復号部711、シンボル出現確率制御部712、及び確率状態格納部713を有する。コンテキスト計算部720は、入力信号(Sin)S11のシンタックス要素(SE)の種別と既符号化ビット数又は復号ビット数より、コンテキスト番号を生成する(図26のステップ1の処理に相当する)。



この算術符号化装置700では、各処理ステップは、その前のステップでの処理結果を受けて、そのステップでの処理を開始する必要があるため、その動作は、シーケンシャルな処理となり、一つのシンタックス要素が処理される時間は、各処理ステップの和となる。すなわち、例えば、シンタックス要素0の処理に必要な区間S0は、処理51と処理52と処理53と処理54とのそれぞれに費やされる時間の和となる。



符号化又は復号の時間当たりの処理符号量(即ちシンタックス要素数)が多い場合、符号化又は復号の処理時間を短縮することは、必須の要件となる。本検討例の算術符号化・復号装置40では、各ステップは、シーケンシャルな処理を行っているため、全体の処理時間の短縮のためには、各ステップの処理時間を短縮しなければならず、現状の技術レベルでは、高速化には限界がある。



これに対して、特許文献1には、算術符号化処理を高速化した算術符号化装置が開示される。この算術符号化装置800は、図28のブロック図に示すように適応算術符号化部810、コンテキスト計算部820、及び符号化制御部830を備える。コンテキスト計算部820は、レジスタ821と比較判定部822とを有する。適応算術符号化部810は、算術符号化部811とシンボル出現確率制御部814と確率状態格納部815とを有する。これによれば、ある入力信号が算術符号化部811で符号化される間に、コンテキスト計算部820は、次の入力信号についてコンテキストを求めることができるので、算術符号化部811は、ある入力信号を符号化後、直ちに次の入力信号の符号化処理を行える。従って、符号化処理の高速化が可能となる。



さらに、ある信号が算術符号化部811で符号化される間に、シンボル出現確率制御部814は、算術符号化部811による符号化シンボルが、優勢シンボルである場合と劣勢シンボルである場合とについて、それぞれのシンボル値と確率状態の更新値を求めておき、符号化シンボルが確定した後に、一方の更新値を選択する。この結果、算術符号化部811は、次の符号の符号化において、必要なシンボル値と確率状態を得て、直ちに符号化処理と確率状態記録部815への書込み処理を行えるため、算術符号化処理の更なる高速化が可能となる。

【特許文献1】特開2005-130099号公報

【非特許文献1】Joint Video Team(JVT) of ISO/IEC MPEG & ITU-TVCEG; "DraftI TU-T Recommendation and Final Draft International Standard of Joint Video Specification (ITU-T Rec. H.264|ISO/IEC 14496-10 MPEG-AVC)."

【非特許文献2】Hassan Shojania and Subramania Sudharsanan, "A VLSI Architecture for High Performance CABAC Encoding." Visual Communications and Image Processing 2005, Proc. of SPIE Vol. 5960, pp.1444.

【非特許文献3】大久保榮他「改訂版 H.264/AVC教科書」インプレス

【非特許文献4】「技術分野別特許マップ 電気14 デジタル動画像圧縮技術」特許庁

【非特許文献5】Roberto R. Osorio, Javier D. Bruguera, "High-Throughput Architecture for H.264/AVC CABAC Compression System" IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, VOL. 16, NO. 11, NOVEMBER 2006.

産業上の利用分野


本発明は、動画像符号化・復号に用いられる算術符号化技術に関するものであり、特に、動画像符号化規格であるH.264/AVCにおけるCABAC(Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding:コンテキスト準拠適応2進算術符号化)に準拠した算術符号化装置、算術符号化方法、算術符号化プログラム及びプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】 多値信号を2値化するための2値化部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルを算術符号化するための算術符号化部と、
コンテキスト番号を生成するためのコンテキスト計算部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルに基づいて、優勢シンボル或いは劣勢シンボルが示すシンボル値とシンボル出現確率とを更新するための更新部と、
前記コンテキスト計算部で計算されたコンテキスト番号をインデックスとして、前記シンボル値と前記シンボル出現確率とを格納するための確率状態格納部と、
を備える算術符号化装置であって、
前記算術符号化部は、
劣勢シンボルの区間を発生確率に基づいて分割した領域rLPSの予測値を格納する第1格納部と、
同じくrLPSの予測値を格納する、前記第1格納部とは別個の第2格納部と、
前記第1格納部及び第2格納部に格納されたrLPSの予測値を参照して算術符号化を行う演算部と、
を備えてなることを特徴とする算術符号化装置。
【請求項2】 多値信号を2値化するための2値化部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルを算術符号化するための算術符号化部と、
コンテキスト番号を生成するためのコンテキスト計算部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルに基づいて、優勢シンボル或いは劣勢シンボルが示すシンボル値とシンボル出現確率とを更新するための更新部と、
前記コンテキスト計算部で計算されたコンテキスト番号をインデックスとして、前記シンボル値と前記シンボル出現確率とを格納するための確率状態格納部と、
を備える算術符号化装置であって、
前記算術符号化部は、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、初期の区間、シンボル出現確率に基づいて決定される更新区間の予測値を格納する更新区間格納部と、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、及び初期のシンボル出現確率に基づいて決定されるシンボル出現確率の予測値を格納するためのコンテキスト更新テーブルと、
再正規化の回数に基づいて、更新区間の補集合であるlowを更新する再正規化テーブルを有する再正規化部と、
を備えることを特徴とする算術符号化装置。
【請求項3】 多値信号を2値化するための2値化部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルを算術符号化するための算術符号化部と、
コンテキスト番号を生成するためのコンテキスト計算部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルに基づいて、優勢シンボル或いは劣勢シンボルが示すシンボル値とシンボル出現確率とを更新するための更新部と、
前記コンテキスト計算部で計算されたコンテキスト番号をインデックスとして、前記シンボル値と前記シンボル出現確率とを格納するための確率状態格納部と、
を備える算術符号化装置であって、
前記算術符号化部は、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、初期の区間、シンボル出現確率に基づいて決定される更新区間の予測値を格納する第1更新区間格納部と、
同じく更新区間の予測値を格納する、前記第1更新区間格納部と別個の第2更新区間格納部と、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、及び初期のシンボル出現確率に基づいて決定されるシンボル出現確率の予測値を格納するための第1コンテキスト更新テーブルと、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、及び前記第1コンテキスト更新テーブルで更新されたシンボル出現確率に基づいて決定されるシンボル出現確率の予測値を格納するための、前記第1コンテキスト更新テーブルと別個の第2コンテキスト更新テーブルと、
再正規化の回数に基づいて、更新区間の補集合であるlowを更新する再正規化テーブルを有する再正規化部と、
を備えることを特徴とする算術符号化装置。
【請求項4】 多値信号を2値化するための2値化部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルを算術符号化するための算術符号化部と、
コンテキスト番号を生成するためのコンテキスト計算部と、
前記2値化部で生成された2値シンボルに基づいて、優勢シンボル或いは劣勢シンボルが示すシンボル値とシンボル出現確率とを更新するための更新部と、
前記コンテキスト計算部で計算されたコンテキスト番号をインデックスとして、前記シンボル値と前記シンボル出現確率とを格納するための確率状態格納部と、
を備える算術符号化装置であって、
前記算術符号化部が、
劣勢シンボルの区間を発生確率に基づいて分割した領域rLPSの予測値を格納する第1格納部と、
同じくrLPSの予測値を格納する、前記第1格納部とは別個の第2格納部と、
前記第1格納部及び第2格納部に格納されたrLPSの予測値を参照して算術符号化を行う演算部と、
を備える2サイクル予測部と、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、初期の区間、シンボル出現確率に基づいて決定される更新区間の予測値を格納する更新区間格納部と、
優勢シンボル処理時の優勢シンボル処理連続数、及び初期のシンボル出現確率に基づいて決定されるシンボル出現確率の予測値を格納するためのコンテキスト更新テーブルと、
再正規化の回数に基づいて、更新区間の補集合であるlowを更新する再正規化テーブルを有する再正規化部と、
を備える連続優勢シンボル処理予測部と
前記2サイクル予測部と連続優勢シンボル処理予測部のいずれかを切り替える予測手法切替部と、
を備えることを特徴とする算術符号化装置。
【請求項5】 2値シンボルの算術符号化にあたり、出現確率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低いシンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルまでの数線上の区間及び劣勢シンボルの数線上の区間の座標値に基づいて、数線上の所定の区間に対応させ、
その数線上の区間対応結果と入力される2値シンボルから符号化信号を出力する算術符号化方法であって、
符号化対象のシンボルが優勢シンボルである場合の優勢シンボル処理時の区間座標値、及び劣勢シンボルである場合の劣勢シンボル処理時の区間座標値を予め記録した第1rLPSテーブルを参照して、第1シンボルの区間を更新した分割領域を求める工程と、
得られた分割領域と、第1rLPSテーブルと別個の第2rLPSテーブルを参照して、第1シンボルに続く第2シンボルの区間を更新した分割領域を求める工程と、
必要に応じて再正規化を行い、出力符号を出力する工程と、
コンテキスト番号を更新する工程と、
を含むことを特徴とする算術符号化方法。
【請求項6】 2値シンボルの算術符号化にあたり、出現確率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低いシンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルまでの数線上の区間及び劣勢シンボルの数線上の区間の座標値に基づいて、数線上の所定の区間に対応させ、
その数線上の区間対応結果と入力される2値シンボルから符号化信号を出力する算術符号化方法であって、
2値シンボルの優勢シンボルが連続する場合に、優勢シンボルの連続数とコンテキスト番号に基づいて、更新区間格納部を参照して更新区間の予測値を求める工程と、
コンテキスト番号を格納するコンテキスト更新テーブルを用いて更新する工程と、
を含むことを特徴とする算術符号化方法。
【請求項7】 2値シンボルの算術符号化にあたり、出現確率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低いシンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルまでの数線上の区間及び劣勢シンボルの数線上の区間の座標値に基づいて、数線上の所定の区間に対応させ、
その数線上の区間対応結果と入力される2値シンボルから符号化信号を出力する算術符号プログラムであって、
符号化対象のシンボルが優勢シンボルである場合の優勢シンボル処理時の区間座標値、及び劣勢シンボルである場合の劣勢シンボル処理時の区間座標値を予め記録した第1rLPSテーブルを参照して、第1シンボルの区間を更新した分割領域を求める機能と、
得られた分割領域と、第1rLPSテーブルと別個の第2rLPSテーブルを参照して、第1シンボルに続く第2シンボルの区間を更新した分割領域を求める機能と、
必要に応じて再正規化を行い、出力符号を出力する機能と、
コンテキスト番号を更新する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする算術符号化プログラム。
【請求項8】 2値シンボルの算術符号化にあたり、出現確率の高いシンボルである優勢シンボルと出現確率の低いシンボルである劣勢シンボルとを、前シンボルまでの数線上の区間及び劣勢シンボルの数線上の区間の座標値に基づいて、数線上の所定の区間に対応させ、
その数線上の区間対応結果と入力される2値シンボルから符号化信号を出力する算術符号化プログラムであって、
2値シンボルの優勢シンボルが連続する場合に、優勢シンボルの連続数とコンテキスト番号に基づいて、更新区間格納部を参照して更新区間の予測値を求める機能と、
コンテキスト番号を格納するコンテキスト更新テーブルを用いて更新する機能と、
をコンピュータに実現させることを特徴とする算術符号化プログラム。
【請求項9】 請求項7又は8に記載されるプログラムを格納したコンピュータで読み取り可能な記録媒体。
産業区分
  • 基本電子回路
  • テレビ
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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