(57)【要約】      （修正有）【課題】予測画像を生成する場合におけるＢＩＯ処理を改善した動画像復号装置および動画像符号化装置を提供する。【解決手段】動画像復号装置３１は、動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部３０８を備え、予測画像生成部３０８は、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する補正重みベクトルを導出し、導出した補正重みベクトルを参照して、輝度成分と色差成分とのうち他の成分に関するオフセット値を導出する。【選択図】図７
2020195015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部を備え、
前記予測画像生成部は、
対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する補正重みベクトルを導出し、
導出した補正重みベクトルを参照して、前記輝度成分と色差成分とのうち他の成分に関するオフセット値を導出する
ことを特徴とする動画像復号装置。
【請求項２】
前記予測画像生成部は、
対象となるブロックについて、前記補正重みベクトルが示す値の範囲を制限するための閾値が、輝度成分と色差成分とで互いに異なる場合に、
輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記オフセット値とのうち何れかを、輝度成分に対応する前記閾値と色差成分に対応する前記閾値とに応じた値に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の動画像復号装置。
【請求項３】
複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部を備え、
前記予測画像生成部は、
対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分全てに関する補正重みベクトルとオフセット値とを導出する
ことを特徴とする動画像復号装置。
【請求項４】
前記予測画像生成部は、
輝度画像と色差画像との解像度が互いに異なると判定した場合、
対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記補正重みベクトルの導出に用いる勾配値とのうち何れかを、前記輝度画像の解像度と前記色差画像の解像度との比率に応じた値に補正する
ことを特徴とする請求項１から３までの何れか１項に記載の動画像復号装置。
【請求項５】
複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部を備え、
前記予測画像生成部は、
対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する補正重みベクトルを導出し、
導出した補正重みベクトルを参照して、前記輝度成分と色差成分とのうち他の成分に関するオフセット値を導出する
ことを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項６】
前記予測画像生成部は、
対象となるブロックについて、前記補正重みベクトルが示す値の範囲を制限するための閾値が、輝度成分と色差成分とで互いに異なる場合に、
輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記オフセット値とのうち何れかを、輝度成分に対応する前記閾値と色差成分に対応する前記閾値とに応じた値に設定する
ことを特徴とする請求項５に記載の動画像符号化装置。
【請求項７】
複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部を備え、
前記予測画像生成部は、
対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分全てに関する補正重みベクトルとオフセット値とを導出する
ことを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項８】
前記予測画像生成部は、
輝度画像と色差画像との解像度が互いに異なると判定した場合、
対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記補正重みベクトルの導出に用いる勾配値とのうち何れかを、前記輝度画像の解像度と前記色差画像の解像度との比率に応じた値に補正する
ことを特徴とする請求項５から７までの何れか１項に記載の動画像符号化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、動画像復号装置、および動画像符号化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
動画像を効率的に伝送または記録するために、動画像を符号化することによって符号化データを生成する動画像符号化装置、および、当該符号化データを復号することによって復号画像を生成する動画像復号装置が用いられている。
【０００３】
具体的な動画像符号化方式としては、例えば、H.264/AVCやHEVC（High-Efficiency Video Coding）にて提案されている方式などが挙げられる。
【０００４】
このような動画像符号化方式においては、動画像を構成する画像（ピクチャ）は、画像を分割することにより得られるスライス、スライスを分割することにより得られる符号化ツリーユニット（CTU：Coding Tree Unit）、符号化ツリーユニットを分割することで得られる符号化単位（符号化ユニット（Coding Unit：CU）と呼ばれることもある）、及び、符号化単位を分割することより得られる変換ユニット（TU：Transform Unit）からなる階層構造により管理され、CU毎に符号化／復号される。
【０００５】
また、このような動画像符号化方式においては、通常、入力画像を符号化／復号することによって得られる局所復号画像に基づいて予測画像が生成され、当該予測画像を入力画像（原画像）から減算して得られる予測誤差（「差分画像」または「残差画像」と呼ぶこともある）が符号化される。予測画像の生成方法としては、画面間予測（インター予測）、および、画面内予測（イントラ予測）が挙げられる。
【０００６】
また、近年の動画像符号化及び復号の技術として非特許文献１及び２が挙げられる。また、非特許文献３には、双予測の動き補償（補間画像）から予測画像を導出する際に勾配画像を利用して高画質化するBIO技術が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】"Algorithm Description of Joint Exploration Test Model 7", JVET-L1001, Joint Video Exploration Team (JVET) of ITU-T SG 16 WP 3 and ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, 2018-10-19
【非特許文献２】"CE4 History-based Motion Vector Prediction (Test 4.4.7)", JVET-L0266-v2, Joint Video Exploration Team (JVET) of ITU-T SG 16 WP 3 and ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, 2018-10-4
【非特許文献３】"CE9-related: A simplified design of bi-directional optical flow (BIO)”, JVET-L0591, Joint Video Exploration Team (JVET) of ITU-T SG 16 WP 3 and ISO/IEC JTC 1/SC 29/WG 11, 2018
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したような技術においては、予測画像を生成する場合におけるBIO処理を改善する余地がある。
【０００９】
本発明の一態様は、予測画像を生成する場合におけるBIO処理を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る動画像復号装置は、複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部を備え、前記予測画像生成部は、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する補正重みベクトルを導出し、導出した補正重みベクトルを参照して、前記輝度成分と色差成分とのうち他の成分に関するオフセット値を導出する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、予測画像を生成する場合におけるBIO処理を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態に係る画像伝送システムの構成を示す概略図である。
【図２】本実施形態に係る動画像符号化装置を搭載した送信装置、および、動画像復号装置を搭載した受信装置の構成について示した図である。PROD_Aは動画像符号化装置を搭載した送信装置を示しており、PROD_Bは動画像復号装置を搭載した受信装置を示している。
【図３】本実施形態に係る動画像符号化装置を搭載した記録装置、および、動画像復号装置を搭載した再生装置の構成について示した図である。PROD_Cは動画像符号化装置を搭載した記録装置を示しており、PROD_Dは動画像復号装置を搭載した再生装置を示している。
【図４】符号化ストリームのデータの階層構造を示す図である。
【図５】CTUの分割例を示す図である。
【図６】参照ピクチャおよび参照ピクチャリストの一例を示す概念図である。
【図７】動画像復号装置の構成を示す概略図である。
【図８】インター予測画像生成部の構成を示す概略図である。
【図９】動画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】本実施形態に係るBIO予測を用いた動き補償機能を備える動き補償部が予測画像を導出する処理の流れを説明するフローチャートの一例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係るBIO部の構成を示す概略図である。
【図１２】本実施形態に係るBIO部がBIOパディングを実行する領域の一例を示す図である。
【図１３】本実施形態に係るBIO部のBIOの処理の単位と読み込み領域の一例を示す図である。
【図１４】本実施形態に係るBIO処理の一例を示す概念図である。
【図１５】本実施形態に係るBIO処理の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
図1は、本実施形態に係る画像伝送システム１の構成を示す概略図である。
【００１５】
画像伝送システム１は、符号化対象画像を符号化した符号化ストリームを伝送し、伝送された符号化ストリームを復号し画像を表示するシステムである。画像伝送システム１は、動画像符号化装置（画像符号化装置）11、ネットワーク21、動画像復号装置（画像復号装置）31、及び動画像表示装置（画像表示装置）41を含んで構成される。
【００１６】
動画像符号化装置11には画像Tが入力される。
【００１７】
ネットワーク21は、動画像符号化装置11が生成した符号化ストリームTeを動画像復号装置31に伝送する。ネットワーク21は、インターネット（Internet）、広域ネットワーク（WAN:Wide Area Network）、小規模ネットワーク（LAN:Local Area Network）またはこれらの組み合わせである。ネットワーク21は、必ずしも双方向の通信網に限らず、地上デジタル放送、衛星放送等の放送波を伝送する一方向の通信網であっても良い。また、ネットワーク21は、DVD（Digital Versatile Disc:登録商標）、BD（Blue-ray Disc:登録商標）等の符号化ストリームTeを記録した記憶媒体で代替されても良い。
【００１８】
動画像復号装置31は、ネットワーク21が伝送した符号化ストリームTeのそれぞれを復号し、復号した１または複数の復号画像Tdを生成する。
【００１９】
動画像表示装置41は、動画像復号装置31が生成した１または複数の復号画像Tdの全部または一部を表示する。動画像表示装置41は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro-luminescence）ディスプレイ等の表示デバイスを備える。ディスプレイの形態としては、据え置き、モバイル、HMD等が挙げられる。また、動画像復号装置31が高い処理能力を有する場合には、画質の高い画像を表示し、より低い処理能力しか有しない場合には、高い処理能力、表示能力を必要としない画像を表示する。
【００２０】
＜演算子＞
本明細書で用いる演算子を以下に記載する。
【００２１】
>>は右ビットシフト、<<は左ビットシフト、&はビットワイズAND、|はビットワイズOR、|=はOR代入演算子であり、||は論理和を示す。
【００２２】
x?y:zは、xが真（0以外）の場合にy、xが偽（0）の場合にzをとる３項演算子である。
【００２３】
Clip3(a,b,c) は、cをa以上b以下の値にクリップする関数であり、c<aの場合にはaを返し、c>bの場合にはbを返し、その他の場合にはcを返す関数である（ただし、a<=b）。
【００２４】
abs(a)はaの絶対値を返す関数である。
【００２５】
Int(a)はaの整数値を返す関数である。
【００２６】
floor(a)はa以下の最大の整数を返す関数である。
【００２７】
ceil(a)はa以上の最小の整数を返す関数である。
【００２８】
a/dはdによるaの除算（小数点以下切り捨て）を表す。
【００２９】
sign(a)はaの符号（sign）を返す関数である。
【００３０】
Round(a)はaの丸め値を返す関数である。Round(a) = sign(a)*floor(abs(a)+0.5)。
【００３１】
＜符号化ストリームTeの構造＞
本実施形態に係る動画像符号化装置11および動画像復号装置31の詳細な説明に先立って、動画像符号化装置11によって生成され、動画像復号装置31によって復号される符号化ストリームTeのデータ構造について説明する。
【００３２】
図4は、符号化ストリームTeにおけるデータの階層構造を示す図である。符号化ストリームTeは、例示的に、シーケンス、およびシーケンスを構成する複数のピクチャを含む。図4には、それぞれ、シーケンスSEQを既定する符号化ビデオシーケンス、ピクチャPICTを規定する符号化ピクチャ、スライスSを規定する符号化スライス、スライスデータを規定する符号化スライスデータ、符号化スライスデータに含まれる符号化ツリーユニット、符号化ツリーユニットに含まれる符号化ユニットを示す図が示されている。
【００３３】
（符号化ビデオシーケンス）
符号化ビデオシーケンスでは、処理対象のシーケンスSEQを復号するために動画像復号装置31が参照するデータの集合が規定されている。シーケンスSEQは、図4の符号化ビデオシーケンスに示すように、ビデオパラメータセット（Video Parameter Set）、シーケンスパラメータセットSPS（Sequence Parameter Set）、ピクチャパラメータセットPPS（Picture Parameter Set）、ピクチャPICT、及び、付加拡張情報SEI（Supplemental Enhancement Information）を含んでいる。
【００３４】
ビデオパラメータセットVPSは、複数のレイヤから構成されている動画像において、複数の動画像に共通する符号化パラメータの集合および動画像に含まれる複数のレイヤおよび個々のレイヤに関連する符号化パラメータの集合が規定されている。
【００３５】
シーケンスパラメータセットSPSでは、対象シーケンスを復号するために動画像復号装置31が参照する符号化パラメータの集合が規定されている。例えば、ピクチャの幅や高さが規定される。なお、SPSは複数存在してもよい。その場合、PPSから複数のSPSの何れかを選択する。
【００３６】
ピクチャパラメータセットPPSでは、対象シーケンス内の各ピクチャを復号するために動画像復号装置31が参照する符号化パラメータの集合が規定されている。例えば、ピクチャの復号に用いられる量子化幅の基準値（pic_init_qp_minus26）や重み付き予測の適用を示すフラグ（weighted_pred_flag）が含まれる。なお、PPSは複数存在してもよい。その場合、対象シーケンス内の各ピクチャから複数のPPSの何れかを選択する。
【００３７】
（符号化ピクチャ）
符号化ピクチャでは、処理対象のピクチャPICTを復号するために動画像復号装置31が参照するデータの集合が規定されている。ピクチャPICTは、図4の符号化ピクチャに示すように、スライス0〜スライスNS-1を含む（NSはピクチャPICTに含まれるスライスの総数）。
【００３８】
なお、以下、スライス0〜スライスNS-1のそれぞれを区別する必要が無い場合、符号の添え字を省略して記述することがある。また、以下に説明する符号化ストリームTeに含まれるデータであって、添え字を付している他のデータについても同様である。
【００３９】
（符号化スライス）
符号化スライスでは、処理対象のスライスSを復号するために動画像復号装置31が参照するデータの集合が規定されている。スライスは、図4の符号化スライスに示すように、スライスヘッダ、および、スライスデータを含んでいる。
【００４０】
スライスヘッダには、対象スライスの復号方法を決定するために動画像復号装置31が参照する符号化パラメータ群が含まれる。スライスタイプを指定するスライスタイプ指定情報（slice_type）は、スライスヘッダに含まれる符号化パラメータの一例である。
【００４１】
スライスタイプ指定情報により指定可能なスライスタイプとしては、（１）符号化の際にイントラ予測のみを用いるＩスライス、（２）符号化の際に単方向予測、または、イントラ予測を用いるＰスライス、（３）符号化の際に単方向予測、双方向予測、または、イントラ予測を用いるＢスライスなどが挙げられる。なお、インター予測は、単予測、双予測に限定されず、より多くの参照ピクチャを用いて予測画像を生成してもよい。以下、P、Bスライスと呼ぶ場合には、インター予測を用いることができるブロックを含むスライスを指す。
【００４２】
なお、スライスヘッダは、ピクチャパラメータセットPPSへの参照（pic_parameter_set_id）を含んでいても良い。
【００４３】
（符号化スライスデータ）
符号化スライスデータでは、処理対象のスライスデータを復号するために動画像復号装置31が参照するデータの集合が規定されている。スライスデータは、図4の符号化スライスヘッダに示すように、CTUを含んでいる。CTUは、スライスを構成する固定サイズ（例えば64x64）のブロックであり、最大符号化単位（LCU:Largest Coding Unit）と呼ぶこともある。
【００４４】
（符号化ツリーユニット）
図4の符号化ツリーユニットには、処理対象のCTUを復号するために動画像復号装置31が参照するデータの集合が規定されている。CTUは、再帰的な４分木分割（QT（Quad Tree）分割）、２分木分割（BT（Binary Tree）分割）あるいは３分木分割（TT（Ternary Tree）分割）により符号化処理の基本的な単位である符号化ユニットCUに分割される。BT分割とTT分割を合わせてマルチツリー分割（MT（Multi Tree）分割）と呼ぶ。再帰的な４分木分割により得られる木構造のノードのことを符号化ノード（Coding Node）と称する。４分木、２分木、及び３分木の中間ノードは、符号化ノードであり、CTU自身も最上位の符号化ノードとして規定される。
【００４５】
CTは、CT情報として、QT分割を行うか否かを示すQT分割フラグ（cu_split_flag）、MT分割の有無を示すMT分割フラグ（split_mt_flag）、MT分割の分割方向を示すMT分割方向（split_mt_dir）、MT分割の分割タイプを示すMT分割タイプ（split_mt_type）を含む。cu_split_flag、split_mt_flag、split_mt_dir、split_mt_type は符号化ノード毎に伝送される。
【００４６】
図5は、CTUの分割例を示す図である。cu_split_flagが１の場合、符号化ノードは４つの符号化ノードに分割される（図5のQT）。
【００４７】
cu_split_flagが０の時、mtt_split_cu_flagが０の場合に符号化ノードは分割されず１つのCUをノードとして持つ（図5の分割なし）。CUは符号化ノードの末端ノードであり、これ以上分割されない。CUは、符号化処理の基本的な単位となる。
【００４８】
mtt_split_cu_flagが１の場合に符号化ノードは以下のようにMT分割される。mtt_split_cu_vertical_flagが０、かつmtt_split_cu_binary_flagが１の場合に符号化ノードは２つの符号化ノードに水平分割され（図5のBT（水平分割））、mtt_split_cu_vertical_flagが１、かつmtt_split_cu_binary_flagが１の場合に符号化ノードは２つの符号化ノードに垂直分割される（図5のBT（垂直分割））。また、mtt_split_cu_vertical_flagが０、かつmtt_split_cu_binary_flagが０の場合に符号化ノードは３つの符号化ノードに水平分割され（図5のTT（水平分割））、mtt_split_cu_vertical_flagが１、かつmtt_split_cu_binary_flagが０の場合に符号化ノードは３つの符号化ノードに垂直分割される（図5のTT（垂直分割））。これらを図5のCT情報に示す。
【００４９】
また、CTUのサイズが64x64画素の場合には、CUのサイズは、64x64画素、64x32画素、32x64画素、32x32画素、64x16画素、16x64画素、32x16画素、16x32画素、16x16画素、64x8画素、8x64画素、32x8画素、8x32画素、16x8画素、8x16画素、8x8画素、64x4画素、4x64画素、32x4画素、4x32画素、16x4画素、4x16画素、8x4画素、4x8画素、及び、4x4画素の何れかをとり得る。
【００５０】
（符号化ユニット）
図4の符号化ユニットに示すように、処理対象の符号化ユニットを復号するために動画像復号装置31が参照するデータの集合が規定されている。具体的には、CUは、CUヘッダCUH、予測パラメータ、変換パラメータ、量子化変換係数等から構成される。CUヘッダでは予測モード等が規定される。
【００５１】
予測処理は、CU単位で行われる場合と、CUをさらに分割したサブCU単位で行われる場合がある。CUとサブCUのサイズが等しい場合には、CU中のサブCUは１つである。CUがサブCUのサイズよりも大きい場合、CUは、サブCUに分割される。たとえばCUが8x8、サブCUが4x4の場合、CUは水平２分割、垂直２分割からなる、４つのサブCUに分割される。
【００５２】
予測の種類（予測モード）は、イントラ予測と、インター予測の２つがある。イントラ予測は、同一ピクチャ内の予測であり、インター予測は、互いに異なるピクチャ間（例えば、表示時刻間）で行われる予測処理を指す。
【００５３】
変換・量子化処理はCU単位で行われるが、量子化変換係数は4x4等のサブブロック単位でエントロピー符号化してもよい。
【００５４】
（予測パラメータ）
予測画像は、ブロックに付随する予測パラメータによって導出される。予測パラメータには、イントラ予測とインター予測の予測パラメータがある。
【００５５】
以下、インター予測の予測パラメータについて説明する。インター予測パラメータは、予測リスト利用フラグpredFlagL0、predFlagL1と、参照ピクチャインデックスrefIdxL0、refIdxL1と、動きベクトルmvL0、mvL1から構成される。予測リスト利用フラグpredFlagL0、predFlagL1は、各々L0リスト、L1リストと呼ばれる参照ピクチャリストが用いられるか否かを示すフラグであり、値が１の場合に対応する参照ピクチャリストが用いられる。なお、本明細書中「ＸＸであるか否かを示すフラグ」と記す場合、フラグが０以外（たとえば１）をＸＸである場合、０をＸＸではない場合とし、論理否定、論理積などでは１を真、０を偽と扱う（以下同様）。但し、実際の装置や方法では真値、偽値として他の値を用いることもできる。
【００５６】
インター予測パラメータを導出するためのシンタックス要素には、例えば、アフィンフラグaffine_flag、マージフラグmerge_flag、マージインデックスmerge_idx、インター予測識別子inter_pred_idc、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、予測ベクトルインデックスmvp_LX_idx、差分ベクトルmvdLX、動きベクトル精度モードamvr_modeがある。
【００５７】
（参照ピクチャリスト）
参照ピクチャリストは、参照ピクチャメモリ306に記憶された参照ピクチャからなるリストである。図6は、参照ピクチャおよび参照ピクチャリストの一例を示す概念図である。図6において、矩形はピクチャ、矢印はピクチャの参照関係、横軸は時間、矩形中のI、P、Bは各々イントラピクチャ、単予測ピクチャ、双予測ピクチャ、矩形中の数字は復号順を示す。図に示すように、ピクチャの復号順は、I0、P1、B2、B3、B4であり、表示順は、I0、B3、B2、B4、P1である。図6に、ピクチャB3（対象ピクチャ）の参照ピクチャリストの例を示す。参照ピクチャリストは、参照ピクチャの候補を表すリストであり、１つのピクチャ（スライス）が１つ以上の参照ピクチャリストを有してもよい。図の例では、対象ピクチャB3は、L0リストRefPicList0およびL1リストRefPicList1の２つの参照ピクチャリストを持つ。個々のCUでは、参照ピクチャリストRefPicListX（X=0または1）中のどのピクチャを実際に参照するかを参照ピクチャインデックスrefIdxLXで指定する。図は、refIdxL0=2、refIdxL1=0の例である。なお、LXは、L0予測とL1予測を区別しない場合に用いられる記述方法であり、以降では、LXをL0、L1に置き換えることでL0リストに対するパラメータとL1リストに対するパラメータを区別する。
【００５８】
（マージ予測とAMVP予測）
予測パラメータの復号（符号化）方法には、マージ予測（merge）モードとAMVP（Advanced Motion Vector Prediction、適応動きベクトル予測）モードがあり、マージフラグmerge_flagは、これらを識別するためのフラグである。マージ予測モードは、予測リスト利用フラグpredFlagLX（またはインター予測識別子inter_pred_idc）、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、動きベクトルmvLXを符号化データに含めずに、既に処理した近傍ブロックの予測パラメータから導出する用いるモードである。AMVPモードは、インター予測識別子inter_pred_idc、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、動きベクトルmvLXを符号化データに含めるモードである。なお、動きベクトルmvLXは、予測ベクトルmvpLXを識別する予測ベクトルインデックスmvp_LX_idxと差分ベクトルmvdLX、動きベクトル精度モードamvr_modeとして符号化される。また、マージ予測モードの他に、アフィンフラグaffine_flagにより識別されるアフィン予測モードがあってもよい。マージ予測モードの一形態として、スキップフラグskip_flagにより識別されるスキップモードがあってもよい。なお、スキップモードとは、マージモードと同様の方法で予測パラメータを導出する用いるモードであり、かつ、予測誤差（残差画像）を符号化データに含めないモードである。換言すれば、スキップフラグskip_flagが１の場合、対象CUに関して、当該スキップフラグskip_flagとマージインデックスmerge_idxなどのマージモードに関連するシンタックスのみを含み、動きベクトルなどは符号化データに含まれない。このため、対象CUに対して、スキップフラグskip_flagがスキップモードを適用することを示している場合、当該スキップフラグskip_flag以外の予測パラメータの復号は省略される。
【００５９】
（動きベクトル）
動きベクトルmvLXは、異なる２つのピクチャ上のブロック間のシフト量を示す。動きベクトルmvLXに関する予測ベクトル、差分ベクトルを、それぞれ予測ベクトルmvpLX、差分ベクトルmvdLXと呼ぶ。
【００６０】
（インター予測識別子inter_pred_idcと予測リスト利用フラグpredFlagLX）
インター予測識別子inter_pred_idcは、参照ピクチャの種類および数を示す値であり、PRED_L0、PRED_L1、PRED_BIの何れかの値をとる。PRED_L0、PRED_L1は、各々L0リスト、L1リストで管理された１枚の参照ピクチャを用いる単予測を示す。PRED_BIはL0リストとL1リストで管理された２枚の参照ピクチャを用いる双予測BiPredを示す。
【００６１】
マージインデックスmerge_idxは、処理が完了したブロックから導出される予測パラメータ候補（マージ候補）のうち、いずれの予測パラメータを対象ブロックの予測パラメータとして用いるかを示すインデックスである。
【００６２】
インター予測識別子inter_pred_idcと、予測リスト利用フラグpredFlagL0、predFlagL1の関係は以下のとおりであり、相互に変換可能である。
【００６３】
inter_pred_idc = (predFlagL1<<１)+predFlagL0
predFlagL0 = inter_pred_idc & １
predFlagL1 = inter_pred_idc >> １
（双予測biPredの判定）
双予測BiPredであるかのフラグbiPredは、２つの予測リスト利用フラグがともに１であるかによって導出できる。例えば以下の式で導出できる。
【００６４】
biPred = (predFlagL0==1 && predFlagL1==1)
あるいは、フラグbiPredは、インター予測識別子が２つの予測リスト（参照ピクチャ）を使うことを示す値であるか否かによっても導出できる。例えば以下の式で導出できる。
【００６５】
biPred = (inter_pred_idc==PRED_BI) ? 1 : 0
（動画像復号装置の構成）
本実施形態に係る動画像復号装置31（図7）の構成について説明する。
【００６６】
動画像復号装置31は、エントロピー復号部301、パラメータ復号部（予測画像復号装置）302、ループフィルタ305、参照ピクチャメモリ306、予測パラメータメモリ307、予測画像生成部（予測画像生成装置）308、逆量子化・逆変換部311、及び加算部312を含んで構成される。なお、後述の動画像符号化装置11に合わせ、動画像復号装置31にループフィルタ305が含まれない構成もある。
【００６７】
パラメータ復号部302は、さらに、図示しない、ヘッダ復号部3020、CT情報復号部3021、及びCU復号部3022（予測モード復号部）を備えており、CU復号部3022はさらにTU復号部3024を備えている。これらを総称して復号モジュールと呼んでもよい。ヘッダ復号部3020は、符号化データからVPS、SPS、PPSなどのパラメータセット情報、スライスヘッダ（スライス情報）を復号する。CT情報復号部3021は、符号化データからCTを復号する。CU復号部3022は符号化データからCUを復号する。TU復号部3024は、TUに予測誤差が含まれている場合に、符号化データからQP更新情報（量子化補正値）と量子化予測誤差（residual_coding）を復号する。
【００６８】
また、パラメータ復号部302は、図示しないインター予測パラメータ復号部（予測画像生成装置）303及びイントラ予測パラメータ復号部304を含んで構成される。予測画像生成部308は、インター予測画像生成部（予測画像生成装置）309及びイントラ予測画像生成部310を含んで構成される。
【００６９】
また、以降では処理の単位としてCTU、CUを使用した例を記載するが、この例に限らず、サブCU単位で処理をしてもよい。あるいはCTU、CUをブロック、サブCUをサブブロックと読み替え、ブロックあるいはサブブロック単位の処理としてもよい。
【００７０】
エントロピー復号部301は、外部から入力された符号化ストリームTeに対してエントロピー復号を行って、個々の符号（シンタックス要素）を分離し復号する。
【００７１】
エントロピー符号化には、シンタックス要素の種類や周囲の状況に応じて適応的に選択したコンテキスト（確率モデル）を用いてシンタックス要素を可変長符号化する方式と、あらかじめ定められた表、あるいは計算式を用いてシンタックス要素を可変長符号化する方式がある。前者のCABAC（Context Adaptive Binary Arithmetic Coding）は、符号化あるいは復号したピクチャ（スライス）毎に更新した確率モデルをメモリに格納する。そして、Pピクチャ、あるいはBピクチャのコンテキストの初期状態として、メモリに格納された確率モデルの中から、同じスライスタイプ、同じスライスレベルの量子化パラメータを使用したピクチャの確率モデルを設定する。この初期状態を符号化、復号処理に使用する。分離された符号には、予測画像を生成するための予測情報および、差分画像を生成するための予測誤差などがある。
【００７２】
エントロピー復号部301は、分離した符号をパラメータ復号部302に出力する。分離した符号とは、例えば、予測モードpredMode、マージフラグmerge_flag、マージインデックスmerge_idx、インター予測識別子inter_pred_idc、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、予測ベクトルインデックスmvp_LX_idx、差分ベクトルmvdLX、動きベクトル精度モードamvr_mode等である。どの符号を復号するかの制御は、パラメータ復号部302の指示に基づいて行われる。
【００７３】
（インター予測パラメータ復号部の構成）
インター予測パラメータ復号部303は、エントロピー復号部301から入力された符号に基づいて、予測パラメータメモリ307に記憶された予測パラメータを参照してインター予測パラメータを復号する。また、インター予測パラメータ復号部303は、復号したインター予測パラメータを予測画像生成部308に出力し、予測パラメータメモリ307に記憶する。
【００７４】
インター予測パラメータ復号部303は、インター予測に関連するシンタックス要素の復号をエントロピー復号部301に指示し、符号化データに含まれるシンタックス要素、例えば、マージフラグmerge_flag、マージインデックスmerge_idx、インター予測識別子inter_pred_idc、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、予測ベクトルインデックスmvp_LX_idx、差分ベクトルmvdLXを抽出する。
【００７５】
ループフィルタ305は、符号化ループ内に設けたフィルタで、ブロック歪やリンギング歪を除去し、画質を改善するフィルタである。ループフィルタ305は、加算部312が生成したCUの復号画像に対し、デブロッキングフィルタ、サンプル適応オフセット（SAO）、適応ループフィルタ（ALF）等のフィルタを施す。
【００７６】
参照ピクチャメモリ306は、加算部312が生成したCUの復号画像を、対象ピクチャ及び対象CU毎に予め定めた位置に記憶する。
【００７７】
予測パラメータメモリ307は、復号対象のCTUあるいはCU毎に予め定めた位置に予測パラメータを記憶する。具体的には、予測パラメータメモリ307は、パラメータ復号部302が復号したパラメータ及びエントロピー復号部301が分離した予測モードpredMode等を記憶する。
【００７８】
予測画像生成部308には、予測モードpredMode、予測パラメータ等が入力される。また、予測画像生成部308は、参照ピクチャメモリ306から参照ピクチャを読み出す。予測画像生成部308は、予測モードpredModeが示す予測モードで、予測パラメータと読み出した参照ピクチャ（参照ピクチャブロック）を用いてブロックもしくはサブブロックの予測画像を生成する。ここで、参照ピクチャブロックとは、参照ピクチャ上の画素の集合（通常矩形であるのでブロックと呼ぶ）であり、予測画像を生成するために参照する領域である。
【００７９】
（インター予測画像生成部）
予測モードpredModeがインター予測モードを示す場合、インター予測画像生成部309は、インター予測パラメータ復号部303から入力されたインター予測パラメータと読み出した参照ピクチャを用いてインター予測によりブロックもしくはサブブロックの予測画像を生成する。
【００８０】
図8は、本実施形態に係る予測画像生成部308に含まれるインター予測画像生成部309の構成を示す概略図である。インター予測画像生成部309は、動き補償部（予測画像生成装置）3091、合成部3095を含んで構成される。
【００８１】
（動き補償）
動き補償部3091（補間画像生成部3091）は、インター予測パラメータ復号部303から入力された、インター予測パラメータ（予測リスト利用フラグpredFlagLX、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、動きベクトルmvLX）に基づいて、参照ピクチャメモリ306から、参照ピクチャインデックスrefIdxLXで指定された参照ピクチャRefPicLXにおける、対象ブロックの位置を起点として動きベクトルmvLXだけシフトした位置にあるブロックを読み出すことによって補間画像（動き補償画像）を生成する。ここで、動きベクトルmvLXの精度が整数精度でない場合には、動き補償フィルタと呼ばれる小数位置の画素を生成するためのフィルタを施して、動き補償画像を生成する。
【００８２】
動き補償部3091は、まず、予測ブロック内座標(x,y)に対応する整数位置(xInt,yInt)および位相(xFrac,yFrac)を以下の式で導出する。
【００８３】
xInt = xPb+(mvLX[0]>>(log2(MVPREC)))+x
xFrac = mvLX[0]&(MVPREC -1)
yInt = yPb+(mvLX[1]>>(log2(MVPREC)))+y
yFrac = mvLX[1]&(MVPREC -1)
ここで、(xPb,yPb)は、bW*bHサイズのブロックの左上座標、x=0…bW-1、y=0…bH-1であり、MVPRECは、動きベクトルmvLXの精度（1/MVPREC画素精度）を示す。例えばMVPREC=16。
【００８４】
動き補償部3091は、参照ピクチャrefImgに補間フィルタを用いて水平補間処理を行うことで、一時的画像temp[][]を導出する。以下のΣはk=0..NTAP-1のkに関する和、shift1は値のレンジを調整する正規化パラメータ、offset1=1<<(shift1-1)である。
【００８５】
temp[x][y] = (ΣmcFilter[xFrac][k]*refImg[xInt+k-NTAP/2+1][yInt]+offset1)>>shift1
続いて、動き補償部3091は、一時的画像temp[][]を垂直補間処理により、補間画像Pred[][]を導出する。以下のΣはk=0..NTAP-1のkに関する和、shift2は値のレンジを調整する正規化パラメータ、offset2=1<<(shift2-1)である。
【００８６】
Pred[x][y] = (ΣmcFilter[yFrac][k]*temp[x][y+k-NTAP/2+1]+offset2)>>shift2
以上の補間画像生成処理を、Interpolation(refImg,xPb,yPb,bW,bH,mvLX)で表してもよい。
【００８７】
（合成部）
合成部3095は、動き補償部3091から供給される補間画像、インター予測パラメータ復号部303から供給されるインター予測パラメータ、及び、イントラ予測画像生成部310から供給されるイントラ画像を参照して、予測画像を生成し、生成した予測画像を加算部312に供給する。
【００８８】
合成部3095は、Combined intra/inter合成部30951、Triangle合成部30952、OBMC部30953、BIO部（BIOF部, BDOF部）30954を備えている。
【００８９】
（Combined intra/inter合成処理）
Combined intra/inter合成部30951は、AMVPにおける単方向予測画像、スキップモードやマージ予測モードによる予測画像、及びイントラ予測画像を複合的に用いることによって予測画像を生成する。
【００９０】
（Triangle合成処理）
Triangle予測では、対角線又は反対角線を境界として、対象CUが２つの三角形の予測単位に分割される。Triangle合成部30952は、それぞれの三角形予測単位の予測画像に、対象CU（三角形予測単位を含む矩形ブロック）の画素の位置に応じた重みつけマスク処理を施すことで予測画像を生成する。例えば、矩形領域内の三角形領域の画素を１、三角形以外の領域を０とするマスクを乗ずることにより、矩形画像から三角形画像を導出する。
【００９１】
（BIO処理）
BIO部30954は、BIO（Bi-directional optical flow；双予測勾配変化）処理を行うことによって、予測画像を生成する。BIO処理では、動き補償画像PredL0及びPredL1と、勾配補正項とを参照して予測画像を生成する。BIO部30954は、後述する重み予測を行うことによって予測画像を生成する構成としてもよい。
【００９２】
なお、BIOは、BIOF（Bi-Directional Optical Flow）とも呼ぶため、本明細書において、BIOは、BIOFに置き換えられてもよい。またそれ以外の用語を用いてもよい。
【００９３】
（重み予測）
重み予測では、動き補償画像PredLXに重み係数を乗算することによりブロックの予測画像を生成する。予測リスト利用フラグの一方（predFlagL0もしくはpredFlagL1）が１（単予測）、かつ、重み予測を用いない場合、動き補償画像PredLX（LXはL0もしくはL1）を画素ビット数BitDepthに合わせる以下の式の処理を行う。
【００９４】
Pred[x][y] = Clip3(0,(1<<BitDepth)-1,(PredLX[x][y]+offset1)>>shift1)
ここで、shift1=14-BitDepth、offset1=1<<(shift1-1)である。
また、参照リスト利用フラグの両者（predFlagL0とpredFlagL1）が１（双予測BiPred）、かつ、重み予測を用いない場合、動き補償画像PredL0、PredL1を平均し画素ビット数に合わせる以下の式の処理を行う。
【００９５】
Pred[x][y] = Clip3(0,(1<<BitDepth)-1,(PredL0[x][y]+PredL1[x][y]+offset2)>>shift2)
ここで、shift2=15-BitDepth、offset2=1<<(shift2-1)である。
【００９６】
さらに、単予測、かつ、重み予測を行う場合、合成部3095は重み予測係数w0とオフセットo0を符号化データから導出し、以下の式の処理を行う。
【００９７】
Pred[x][y] = Clip3(0,(1<<BitDepth)-1,((PredLX[x][y]*w0+2^(log2WD-1))>>log2WD)+o0)
ここで、log2WDは所定のシフト量を示す変数である。
【００９８】
さらに、双予測BiPred、かつ、重み予測を行う場合、合成部3095は重み予測係数w0、w1、o0、o1を符号化データから導出し、以下の式の処理を行う。
【００９９】
Pred[x][y] = Clip3(0,(1<<BitDepth)-1,(PredL0[x][y]*w0+PredL1[x][y]*w1+((o0+o1+1)<<log2WD))>>(log2WD+1))
そして、生成したブロックの予測画像を加算部312に出力する。
【０１００】
逆量子化・逆変換部311は、エントロピー復号部301から入力された量子化変換係数を逆量子化して変換係数を求める。この量子化変換係数は、符号化処理において、予測誤差に対してDCT（Discrete Cosine Transform、離散コサイン変換）、DST（Discrete Sine Transform、離散サイン変換）、KLT（Karyhnen Loeve Transform、カルーネンレーベ変換）等の周波数変換を行い量子化して得られる係数である。逆量子化・逆変換部311は、求めた変換係数について逆DCT、逆DST、逆KLT等の逆周波数変換を行い、予測誤差を算出する。逆量子化・逆変換部311は予測誤差を加算部312に出力する。
【０１０１】
加算部312は、予測画像生成部308から入力されたブロックの予測画像と逆量子化・逆変換部311から入力された予測誤差を画素毎に加算して、ブロックの復号画像を生成する。加算部312はブロックの復号画像を参照ピクチャメモリ306に記憶し、また、ループフィルタ305に出力する。
【０１０２】
（BIO予測）
次に、BIO部30954が行うBIO処理を用いた予測（BIO予測）の詳細について説明する。BIO部30954は、双予測モードにおいて、２つの予測画像（第１の予測画像及び第２の予測画像）及び勾配補正項を参照して予測画像を生成する。
【０１０３】
図10は、予測画像を導出する処理の流れを説明するフローチャートである。
【０１０４】
インター予測パラメータ復号部303がL0単方向予測と判定（S101で、inter_pred_idcが0）した場合、動き補償部3091はL0予測画像PredL0[x][y]を生成（S102）する。インター予測パラメータ復号部303がL1単方向予測と判定（S101で、inter_pred_idcが1）した場合、動き補償部3091はL1予測画像PredL1[x][y]を生成（S103）する。一方、インター予測パラメータ復号部303が双予測モードであると判定（S101で、inter_pred_idcが2）した場合、以下のS104の処理に続く。S104にて、合成部3095はBIO処理を行うか否かを示すBIOAvailableFlagを参照しBIO処理の要否を判定する。BIOAvailableFlagがTRUEを示すと、BIO部30954はBIO処理を実行して双方向予測画像を生成する（S106）。BIOAvailableFlagがFALSEを示すと、合成部3095は通常の双方予測画像生成で予測画像を生成する(S105)。
【０１０５】
インター予測パラメータ復号部303はL0参照画像refImgL0及びL1参照画像refImgL1が異なる参照画像であって、かつ、対象ピクチャに対し２枚のピクチャが反対方向の場合に、BIOAvailableFlagにTRUEを導出してもよい。具体的には、対象画像をcurrPicとすると、DiffPicOrderCnt(currPic,refImgL0)*DiffPicOrderCnt(currPic,refImgL1)<0となる条件を満たす場合に、BIOAvailableFlagはTRUEを示す。
ここで、DiffPicOrderCnt()は、以下のように２枚の画像のPOC（Picture Order Count：ピクチャの表示順序）の差分を導出する関数である。
【０１０６】
DiffPicOrderCnt(picA,picB) = PicOrderCnt(picA)-PicOrderCnt(picB)
BIOAvailableFlagがTRUEを示す条件として、対象ブロックの動きベクトルがサブブロック単位の動きベクトルではない、という条件を追加してもよい。
【０１０７】
また、BIOAvailableFlagがTRUEを示す条件として、２つの予測ブロックのL0予測画像とL1予測画像との絶対差分和が所定の値以上、という条件を追加してもよい。
【０１０８】
また、BIOAvailableFlagがTRUEを示す条件として、ブロック単位の予測画像作成モードである、という条件を加えてもよい。
【０１０９】
また、BIOAvailableFlagがTRUEを示す条件として、luma_weight_l0_flag[refIdxL0]、luma_weight_l1_flag[refIdxL1]、chroma_weight_l0_flag[refIdxL0]、chroma_weight_l1_flag[refIdxL1]が全て0、つまり対象ブロックの参照ピクチャの重み係数が輝度および色差成分ともに存在しない、という条件を追加してもよい。ここで、refIdxLX(X=0,1)は対象ブロックの参照ピクチャリストXに格納された参照ピクチャ、luma_weight_lX_flag[]、chroma_weight_lX_flag[](X=0,1)は参照ピクチャリストXに関わる輝度、色差の重み係数の有無を示すフラグである。
【０１１０】
図11を用いて、具体的なBIO部30954が行う処理の内容について説明する。BIO部30954は、L0,L1予測画像生成部309541と、勾配画像生成部309542と、相関パラメータ計算部309543と、動き補償修正値導出部309544と、双方向予測画像生成部309545とを備えている。BIO部30954は動き補償部3091から受信した補間画像と、インター予測パラメータ復号部303から受信したインター予測パラメータとから予測画像を生成し、生成した予測画像を加算部312に出力する。なお、勾配画像から動き補償修正値bdofOffset（動き補償修正画像）を導出し、PredL0、PredL1の予測画像を修正して導出する処理を、双方向勾配変化処理と呼ぶ。
【０１１１】
まず、L0,L1予測画像生成部309541では、BIO処理に用いられる、L0、L1予測画像を生成する。BIO部30954では、図9で示されるCU単位あるいは、サブCU単位毎のL0,L1予測画像をもとに、BIO処理をおこなうが、勾配を求めるために、対象となるCUあるいはサブCUの周囲2画素分の補間画像情報をさらに必要とする。この部分の補間画像情報は、後述の勾配画像生成の場合、通常の補間フィルタではなく近傍の画素を用いて生成する。相関パラメータを計算する場合は、この部分は、パディング領域として、ピクチャの外側と同様に、周囲の画素をコピーして用いる。また、BIO処理の単位は、CU単位あるいはサブCU単位以下のNxN画素であり、処理自体は、周囲１画素を加えた、(N+2)x(N+2)の画素を用いて処理を行う。
【０１１２】
勾配画像生成部309542は、勾配画像を生成する。勾配変化（Optical Flow）では、各点の画素値は変化せず、その位置のみが変化すると仮定する。これは、水平方向の画素値Iの変化（水平勾配値lx）とその位置の変化Vx、及び垂直方向の画素値Iの変化（垂直勾配値ly）とその位置の変化Vy、画素値Iの時間変化ltを用いて、下記で表すことができる。
【０１１３】
lx * Vx + ly * Vy + lt = 0
ここで、Vx、Vyの値は、勾配画像生成部309542が、L0、L1予測画像間の差分と勾配とから算出する。以降では位置の変化(Vx,Vy)を補正重みベクトル(u,v)と呼ぶこともある。
【０１１４】
具体的には、勾配画像生成部309542は、以下の式から勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1を導出する。lx0及びlx1は水平方向に沿った勾配を示し、ly0及びly1は垂直方向に沿った勾配を示す。
【０１１５】
過去の公知例では、符号化画素ビット長に対する計算精度があっておらず、画素ビット長が一定以上の場合に、符号化効率が低下するという問題があった。そこで、BIO部内の計算精度として画素ビット長BitDepthとは独立の内部ビット長InternalBitDepthというパラメータを定義する。そして、以下のようにこの値を一定にすることで、BitDepthにかかわらず、32ビット演算の範囲に収まるようにする。ここで、InternalBitDepthは、7以上で、12以下の値とする。
【０１１６】
具体的には、勾配画像生成部309542は、勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1の導出を、以下のように行う。
【０１１７】
lx0[x][y] = (PredL0[x+1][y]-PredL0[x-1][y])>>shift0  (式BIO-1)
ly0[x][y] = (PredL0[x][y+1]-PredL0[x][y-1])>>shift0
lx1[x][y] = (PredL1[x+1][y]-PredL1[x-1][y])>>shift0
ly1[x][y] = (PredL1[x][y+1]-PredL1[x][y-1])>>shift0
ここで、shift0=14-InternalBitDepthである。
【０１１８】
勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1の導出の別の方法としては、
lx0[x][y] = (PredL0[x+1][y]>>shift0)-(PredL0[x-1][y]>>shift0)  (式BIO-1B)
ly0[x][y] = (PredL0[x][y+1]>>shift0)-(PredL0[x][y-1]>>shift0)
lx1[x][y] = (PredL1[x+1][y]>>shift0)-(PredL1[x-1][y]>>shift0)
ly1[x][y] = (PredL1[x][y+1]>>shift0)-(PredL1[x][y-1]>>shift0)
としてもよい。  (式BIO-1)では、PredL0とPredL1の最小値と最大値の範囲が16ビットの場合、差分が17ビットとなるため、32ビット演算が必要とされる。(式BIO-1B)では、先に右シフトを行うため、すべての演算が16ビット演算で実行できるため、並列演算命令が使いやすいという利点がある。
【０１１９】
いずれの場合も、HEVCと同様の補間フィルタを用いる場合、PredL0とPredL1の値は、BitDepthが8から12ビットの範囲ならば、演算精度は14ビットであり、最小値と最大値の範囲は、16ビットである。もし、BitDepthが12より大きい場合、演算精度は(BitDepth+2)ビットであり、最小値と最大値の範囲は、(BitDepth+4)ビットとなる。本実施形態では、InternalBitDepthに応じた値であるshift0だけ右シフトする。そのため、勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1の演算精度は、BitDedepthが8以上12以下の場合は(InternalBitDepth+1)ビットとなり、BitDepthが13以上の場合は、(BitDepth+InternalBitDepth-11)となる。
【０１２０】
次に、相関パラメータ計算部309543は、CU内のNxN画素のブロック毎に勾配積和s1,s2,s3,s5,s6を導出する。ここでは、ブロックの周囲1画素をさらに用いて(N+2)*(N+2)画素のブロックの各種積和演算によってs1,s2,s3,s5,s6を計算する。
【０１２１】
s1 = sum(phiX[x][y]* phiX[x][y])  (式BIO-2)
s2 = sum(phiX[x][y]* phiY[x][y])
s3 = sum(-theta[x][y]* phiX[x][y])
s5 = sum(phiY[x][y]* phiY[x][y])
s6 = sum(-theta[x][y]* phiY[x][y])
ここで、sum(a)は(N+2)x(N+2)画素のブロック内の座標(x,y)に対するaの総和を表す。また、L0、L1予測画像間の差分theta、L0、L1勾配画像の和phiX[x][y]、phiY[x][y]を以下の式で導出する。なお、theta、phiX、phiYの導出においてシフト演算を行ってもよい。
【０１２２】
theta[x][y]= -(PredL1[x][y]>>shift4)+(PredL0[x][y]>>shift4)  (式BIO-3)
phiX[x][y] = (lx1[x][y] + lx0[x][y])>>shift5
phiY[x][y] = (ly1[x][y] + ly0[x][y])>>shift5
ここで、
shift4=Max(InternalBitDepth-4, bitDept+InternalBitDepth-16)
shift5=Max(InternalBitDepth-7, BitDepth+InternalBitDepth-19)
とする。
【０１２３】
この時、thetaの値の演算精度は、BitDepthが8以上ならば常に、(19-InternalBitDepth)ビットとなる。また、画像のBitDepthが8以上ならば、phiXとphiYの演算精度は常に9ビットとなる。そこで、N=4とした場合、6x6画素のブロックの合計となるs1,s2,s5の演算精度は、BitDepthにかかわらず、23ビット程度である。また、同様にN=4とした場合、6x6画素のブロックの合計となるs3,s6の演算精度は、(33-InternalBitDepth)ビット程度である。PredL0とPredL1の最小値、最大値は、BitDepthが8以上12以下の場合、16ビットの範囲であり、BitDepthが13ビット以上の場合、(BitDepth+4)ビットの範囲なので、32ビット整数演算で実現できる。
【０１２４】
より具体的に、InternalBitDepth=8とした場合は、
shift0=6
shift4=Max(4, BitDepth-8)
shift5=Max(1, BitDepth-11)
となり、InternalBitDepth=7とした場合には、
shift0=7
shift4=Max(3, BitDepth-9)
shift5=Max(0, BitDepth-12)
となる。
【０１２５】
相関パラメータ計算部309543の別の構成としては、勾配積和s1,s2,s3,s5,s6は、(N+2)x(N+2)画素のブロックでなく、NxN画素のブロックで求めてもよい。N=4とした場合、4x4=16画素のブロックとなるため、6x6=36画素の合計と比べてsumの計算に必要な演算ビットが(Ceil(log2(36))-Ceil(log2(16)))=2ビット少なくてもすむので、
shift4=Max(InternalBitDepth-5, bitDept+InternalBitDepth-15)
shift5=Max(InternalBitDepth-8, BitDepth+InternalBitDepth-18)
とそれぞれ1ビット小さい値を用いても、32ビット整数演算で実現できる。但し、この場合、InternalBitDepthの値は、8以上12以下とする。また、勾配積和の演算量も削減できる。図13のように、BIO処理の単位と読み込み領域が一致するため、図12の場合と異なり、対象となるCUあるいはサブCUの周囲1画素分のパディング領域は不要となる。
【０１２６】
なお、図13のBilinearフィルタ処理領域については、CUあるいはサブCUの内側の周囲1画素分を外側1画素にコピーする、いわゆるパディング処理をすることで、Bilinearフィルタ処理を行わない方法も可能である。
【０１２７】
次に、動き補償修正値導出部309544は、導出した勾配積和s1,s2,s3,s5,s6を用いて、NxN画素単位の補正重みベクトル(u, v)を導出する。
【０１２８】
u = (s3<<3) >> floor(log2(s1))                              (式BIO-4)
v = ((s6<<3)-((((u*s2m)<<12)+u*s2s)>>1)) >> floor(log2(s5))
ここでs2m=s2>>12、s2s=s2&((1<<12)-1)である。
【０１２９】
なお、以下のようにさらにクリップを用いてu, vの範囲を制限しても良い。
【０１３０】
u=s1>0?Clip3(-th,th,-(s3<<3)>>floor(log2(s1))):0
v=s5>0?Clip3(-th,th,((s6<<3)-((((u*s2m)<<12)+u*s2s)>>1))>>floor(log2(s5))):0
ここで
th = Max(2, 1<<(13-InternalBitDepth))
である。thはInternalBitDepthから導出されることから、画素単位の補正重みベクトル(u, v)は、InternalBitDepthに関連した値でクリッピングされることになる。画素ビット長 BitDepthにかかわらず、例えば、InternalBitDepth=8とすると、th=1<<(13-8)=32となる。また、InternalBitDepth=7とすると、th=1<<(13-7)=64となる。
【０１３１】
この時、画素単位の補正重みベクトル(u, v)は、動きベクトルの精度や、量子化幅に関係する値とも考えられることから、補正重みベクトル(u, v)を制限するためのしきい値thは、
th0 = Max(1, 1<<(12-InternalBitDepth))
th = th0 +floor((Qp-32)/6)
のように量子化幅Qpの関数で表現してもよい。
【０１３２】
なお、勾配積和s3とs6の左3ビットシフトを行わず、下式で導出してもよい。
【０１３３】
u = s3 >> floor(log2(s1))
v = (s6-((((u*s2m)<<12)+u*s2s)>>1))>> floor(log2(s5))
但し、
shift4=Max(InternalBitDepth-7, BitDepth+InternalBitDepth-19)
とする。この場合、shift0及びshift5の変更は必要ない。具体的に、InternalBitDepth=8の場合、
shift4=Max(1, BitDepth-11)
となる。
【０１３４】
動き補償修正値導出部309544は、NxN画素単位の補正重みベクトル(u, v)と勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1を用いて、動き補償修正値のbdofOffsetを導出する。
【０１３５】
bdofOffset[x][y]=((lx1[x][y]-lx0[x][y])*u+(ly1[x][y]-ly0[x][y])*v+1)>>1  (式BIO-5)
あるいはラウンド関数を用いて、bdofOffsetを以下のように導出してもよい。
【０１３６】
bdofOffset[x][y] = Round(((lx1[x][y]-lx0[x][y])*u)>>1)+Round(((ly1[x][y]-ly0[x][y])*v)>>1)
あるいは、勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1の右シフト値のshift0の値を工夫することで、以下のように、右シフトやラウンド関数を用いずに導出することもできる。
【０１３７】
bdofOffset[x][y]=(lx1[x][y]-lx0[x][y])*u+(ly1[x][y]-ly0[x][y])*v
この場合、InternalBitDepthの選択範囲は、8以上12以下で、
shift0=15-InternalBitDepth
shift5=Max(InternalBitDepth-8, BitDepth+InternalBitDepth-20)
と変更する。shift4の変更は必要ない。具体的に、InternalBitDepth=8の場合は、
shift0=7
shift5=Max(0, BitDepth-12)
となる。
【０１３８】
双方向予測画像生成部309545は、上記のパラメータを用いて下式により、NxN画素の予測画像の画素値Predを導出する。
【０１３９】
Pred[x][y] = Clip3(0, (1<<BitDepth)-1,( PredL0[x][y]+PredL1[x][y]+bdofOffset[x][y]+offset2)>>shift2) 
ここで、shift2=Max(3,15-BitDepth)、offset2=1<<(shift2-1)である。
【０１４０】
以上のような構成であれば、画素ビット長が13ビット以上の場合に符号化効率が低下するという問題はなく、画素ビット長にかかわらず、32ビット以下の演算で実現できる。
【０１４１】
（BIO処理例１）
以下、本実施形態に係るBIO部30954が行う処理の一例について別の側面から説明する。図14は、本例に係るBIO部30954が、BIO処理を行う場合に、輝度Y、並びに色差U及びVについてのオフセットbdofOffsetを導出するまでの処理を示す概念図である。
【０１４２】
BIO部30954は、対象となるブロックの第１色コンポーネント（cIdx=0、以下、輝度成分）について、以下の工程を実行する。なお、cIdxは色コンポーネントを識別するための変数。0, 1, 2が各々第１、第２、第３色コンポーネント、例えば(Y, Cb, Cr)や(R, G, B)、(G, B, R)を示す。
（Ａ１）輝度成分の勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1およびL0、L1予測画像間の差分thetaを導出する。
（Ａ２）lx0、ly0、lx1、ly1とthetaとから補正重みベクトルVx、Vyを導出する。例えば(式BIO-2),(式BIO-3),(式BIO-4)を用いて導出する。
（Ａ３）（Ａ１）において導出した輝度成分のlx0、ly0、lx1、ly1と（Ａ２）において導出したVx、VyとからbdofOffsetを導出する。例えば(式BIO-5)を用いて導出する。
【０１４３】
また、BIO部30954は、対象となるブロックの第２、第３色コンポーネント（cIdx =1, 2、以下、色差成分）について、以下の工程を実行する。
（Ｂ１）色差成分の勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1を導出する。
（Ｂ２）（Ｂ１）において導出した色差成分のlx0、ly0、lx1、ly1と（Ａ２）において導出したVx、VyとからbdofOffsetを導出する。即ち、動き補償修正値導出部309544は、第１色コンポーネント（輝度成分）に対応するVx、Vyを、第２、第３色コンポーネント（色差成分）に対応するbdofOffsetを導出する場合にも使用する。例えば(式BIO-5)を用いて導出する。
【０１４４】
また、BIO部30954は、輝度成分と色差成分とで画素ビット数が異なる場合等に、Vx、Vyを制限するための閾値Thを輝度成分と色差成分とで互いに異なる値に設定し、Vx、Vyの値を補正してもよい。例えば、輝度成分についての前記閾値をThY、色差成分についての前記閾値をThCとすると、ThYの値がThCよりも大きい場合、BIO部30954は、色差成分についてのVx、Vyそれぞれの値を、log2ThY - log2ThCの値分だけ右シフトすることにより補正してもよい。なお、右シフトとは、対象となる値に対して2の累乗数で除算を行うことに対応する。また、ThYの値がThCよりも小さい場合、BIO部30954は、色差成分についてのVx、Vyそれぞれの値を、log2ThY - log2ThCの分だけ左シフトすることにより補正してもよい。なお、BIO部30954は、上述の補正を、Vx、Vyではなく、それらから求められるbdofOffsetに対して行ってもよい。
【０１４５】
上述の補正に関する構成例を換言すれば、予測画像生成部は、対象となるブロックについて、補正重みベクトルが示す値の範囲を制限するための閾値が、輝度成分と色差成分とで互いに異なる場合に、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記オフセット値とのうち何れかを、輝度成分に対応する前記閾値と色差成分に対応する前記閾値とに応じた値に設定してもよい。また、（BIO処理例２）においても同様である。これにより、輝度成分と色差成分とで画素ビット数が互いに異なる場合であっても、好適にBIO処理を行うことができる。
【０１４６】
また、BIO部30954は、予測画像に対応する輝度画像と色差画像の解像度が互いに異なる場合に、Vx、Vyの値を補正してもよい。例えば予測画像の解像度が4:2:0である場合、色差画像は、輝度画像と比較すると、垂直方向と水平方向との画素数が半分に間引かれている。これは、色差成分の勾配が、輝度成分の勾配を求める場合と比較すると、距離が2倍離れた画素を基準にして求められることを意味する。この差異を解決するために、BIO部30954は、色差成分についてのVx、Vyの値を1/2に補正してもよい。なお、BIO部30954は、Vx、Vyではなく、各方向の勾配を1/2にする補正を行ってもよい。
【０１４７】
また、予測画像の解像度が4:2:2である場合、対応する輝度画像と色差画像の解像度は、垂直方向については等しいので、BIO部30954は、Vxまたは水平方向の勾配のみ1/2にする補正を行うことになる。
【０１４８】
上述の補正に関する構成例を換言すれば、予測画像生成部は、輝度画像と色差画像との解像度が互いに異なると判定した場合、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記補正重みベクトルの導出に用いる勾配値とのうち何れかを、前記輝度画像の解像度と前記色差画像の解像度との比率に応じた値で補正してもよい。また、後述する（BIO処理例２）においても同様である。これにより、輝度画像と色差画像との解像度が互いに異なる場合であっても、好適にBIO処理を行うことができる。
【０１４９】
上述した工程によれば、BIO部30954が、色差成分についてL0、L1予測画像間の差分thetaと、Vx、Vyとを導出することを要しない。例えば、(式BIO-2),(式BIO-3),(式BIO-4)の計算を第１色成分以外（色差成分）においては省略することができる。これにより、BIO部30954における処理量を軽減することができる。なお、図14に示す工程は、各色成分（輝度成分および色差成分それぞれ）の動きに係るVx、Vyが、互いに近しい値であるという推定に基づく。また、別の態様として、BIO部30954が、色差成分について導出したVx、Vyを、輝度成分に対応するbdoOffsetを導出する場合に使用してもよい。
【０１５０】
また、上述した工程を実行する本例に係る動画像復号装置31は、複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部308を備え、予測画像生成部308は、対象となるブロックについて、各色成分（輝度成分と色差成分）とのうち何れかの成分に関する補正重みベクトルとを導出し、導出した補正重みベクトルを参照して、前記輝度成分と色差成分とのうち他の成分に関するオフセット値を導出する構成であると言える。上記の構成によれば、動画像復号装置31におけるBIO処理の処理量を軽減するように改善できる。
【０１５１】
（BIO処理例２）
本実施形態に係るBIO部30954が行う処理の第２の例について説明する。なお上記の例において既に説明した事項についての重複する記載を繰り返さない。図15は、本例に係るBIO部30954が、BIO処理を行う場合に、輝度Y、色差U及びVについてのオフセットbdofOffsetを導出するまでの処理を示す概念図である。
【０１５２】
BIO部30954は、対象となるブロックの各色コンポーネント（例えば輝度成分および色差成分）について、以下の工程を実行する。
（Ｃ１）勾配画像lx0、ly0、lx1、ly1およびL0、L1予測画像間の差分thetaを導出する。
（Ｃ２）lx0、ly0、lx1、ly1とthetaとから補正重みベクトルVx、Vyを導出する。
（Ｃ３）lx0、ly0、lx1、ly1とVx、VyとからbdofOffsetを導出する。
【０１５３】
このように、本例におけるBIO処理は、各色コンポーネント（cIdx=0、1、2、輝度成分と色差成分）との双方について行われる点において、第１色コンポーネント（cIdx=0、輝度成分）についてのみ行われる従来のBIO処理と相違する。上記の工程によれば、動画像復号装置31が生成する復号画像の画像品位を向上させることに寄与するようにBIO処理を改善できる。特にその効果は、復号画像が、輝度と色差との解像度が等しい所謂4:4:4の解像度である場合に顕著である。
【０１５４】
例えば、RGBのように色成分間の相関が低い場合に、３つの色成分を分離して処理する方が、効率が良い場合がある。separate_colour_plane_flagは各色成分を一緒に処理するか、分離して処理するかを示すフラグである。色差フォーマットが4:4:4の時（例えばchroma_format_idc=3の場合）に、separate_colour_plane_flagは符号化、復号される。動画像符号化装置11、動画像復号装置31は、separate_colour_plane_flag=0ならば、１つのCTUに3つの色成分（例えばY、Cb、Cr）を含め、色成分間の相関を利用して符号化、復号処理する。separate_colour_plane_flag=1ならば、１つのCTUに１つの色成分のみ（例えばRのみ、Gのみ、Bのみ）含め、色成分間の相関を利用せず、色成分ごとに分離して符号化、復号処理する。この場合、色成分毎の3つのCTUが符号化、復号される。separate_colour_plane_flag=0の場合、共通の動きベクトルを導出するが、separate_colour_plane_flag=1の場合、色成分毎に動きベクトルを導出する。従って、separate_colour_plane_flag=0の場合、（BIO処理例１）を用いてbdofOffsetを導出し、separate_colour_plane_flag=1の場合、（BIO処理例２）を用いてbdofOffsetを導出してもよい。なお、chroma_format_idcは色差のサンプリングを示す符号化データ中のシンタックス要素であり、chroma_format_idc=0がモノクロ、chroma_format_idc=1が4:2:0、chroma_format_idc=2が4:2:2、chroma_format_idc=3が4:4:4を示してもよい。別の例として、vui_parameters()に含まれるmatrix_coeffsを参照して（BIO処理例２）を適用するか否かを判定してもよい。matrix_coeffsは、RGBから輝度信号と色差信号を導出するために使用する係数を通知するフラグである。matrix_coeffs=0の場合、RGBの画像が符号化されたことを示す。従って、matrix_coeffs=0の場合に（BIO処理例２）を適用してbdofOffsetを導出してもよい。
【０１５５】
また、上述した工程を実行する本例に係る動画像復号装置31は、複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部308を備え、予測画像生成部308は、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分全てに関する補正重みベクトルとオフセット値とを導出する構成であると言える。上記の構成によれば、動画像復号装置31が生成する復号画像の画像品位を向上させることに寄与する。
【０１５６】
なお、上述した各例において、BIO部30954は、輝度Y、並びに色差U及びVの全てについてBIO処理を行うか、或いは何れについてもBIO処理を行わない（Early Terminaten）。
【０１５７】
BIO部30954が各成分についてBIO処理を行うか否かは、BIOAvailableFlagの値に従う。BIOAvailableFlagの値がTRUEの時に、ブロックまたは、サブブロックのL0参照画像refImgL0及びL1参照画像refImgL1の絶対値差分和bdofBlkSumDiffが閾値より小さい場合にFALSEとしてもよい。つまり、L0参照画像とL1参照画像の差分が小さい場合は、BIO処理を行わない。絶対値差分和bdofBlkSumDiffは、輝度信号のみで求めて、その値で、輝度、色差共通で、BIOAvailableFlagを変更してもよい。絶対値差分和bdofBlkSumDiffを、輝度、色差毎にもとめてもよく、この場合は、輝度、色差毎にBIOAvailableFlagの値を変更してもよい。或いは、絶対値差分和bdofBlkSumDiffを、Y,U,V毎に求めてもよいが、この場合、Y,U,V毎にBIOAvailableFlagの値を変更してもよい。これにより、各成分についてBIO処理の適用の有無を一致させることができる。
【０１５８】
（動画像符号化装置の構成）
次に、本実施形態に係る動画像符号化装置11の構成について説明する。図9は、本実施形態に係る動画像符号化装置11の構成を示すブロック図である。動画像符号化装置11は、予測画像生成部101、減算部102、変換・量子化部103、逆量子化・逆変換部105、加算部106、ループフィルタ107、予測パラメータメモリ（予測パラメータ記憶部、フレームメモリ）108、参照ピクチャメモリ（参照画像記憶部、フレームメモリ）109、符号化パラメータ決定部110、パラメータ符号化部111、エントロピー符号化部104を含んで構成される。
【０１５９】
予測画像生成部101は画像Ｔの各ピクチャを分割した領域であるCU毎に予測画像を生成する。予測画像生成部101は既に説明した予測画像生成部308と同じ動作であり、説明を省略する。また、予測画像生成部101は、予測画像生成部308と同様に、（BIO処理例１）及び（BIO処理例２）において上述したBIO処理を行ってもよい。
【０１６０】
即ち、（BIO処理例１）に対応する本実施形態に係る動画像符号化装置11は、複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部101を備え、予測画像生成部101は、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する補正重みベクトルとオフセット値とを導出し、導出した補正重みベクトルを参照して、前記輝度成分と色差成分とのうち他の成分に関するオフセット値を導出する構成であると言える。上記の構成によれば、動画像符号化装置11におけるBIO処理の処理量を軽減するように改善できる。
【０１６１】
また、上記の構成において、予測画像生成部は、対象となるブロックについて、前記補正重みベクトルが示す値の範囲を制限するための閾値が、輝度成分と色差成分とで互いに異なる場合に、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記オフセット値とのうち何れかを、輝度成分に対応する前記閾値と色差成分に対応する前記閾値とに応じた値に設定してもよい。これにより、輝度成分と色差成分とで画素ビット数が互いに異なる場合であっても、好適にBIO処理を行うことができる。
【０１６２】
また、（BIO処理例２）に対応する本実施形態に係る動画像符号化装置11は、複数の参照画像に対して補正重みベクトルとオフセット値とを用いたオプティカルフローによる動き補償を行うことによって予測画像を生成する予測画像生成部101を備え、前記予測画像生成部101は、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分全てに関する補正重みベクトルとオフセット値とを導出する構成であると言える。
【０１６３】
上記の構成によれば、動画像符号化装置11が生成する局所復号画像の画像品位を向上させることにより、対応する動画像復号装置31が生成する復号画像の画像品位を向上させることに寄与する。
【０１６４】
なお、（BIO処理例１、２）に対応する動画像符号化装置11において、予測画像生成部は、輝度画像と色差画像との解像度が互いに異なると判定した場合、対象となるブロックについて、輝度成分と色差成分とのうち何れかの成分に関する前記補正重みベクトルと前記補正重みベクトルの導出に用いる勾配値とのうち何れかを、前記輝度画像の解像度と前記色差画像の解像度との比率に応じた値で補正してもよい。これにより、輝度画像と色差画像との解像度が互いに異なる場合であっても、好適にBIO処理を行うことができる。
【０１６５】
減算部102は、予測画像生成部101から入力されたブロックの予測画像の画素値を、画像Ｔの画素値から減算して予測誤差を生成する。減算部102は予測誤差を変換・量子化部103に出力する。
【０１６６】
変換・量子化部103は、減算部102から入力された予測誤差に対し、周波数変換によって変換係数を算出し、量子化によって量子化変換係数を導出する。変換・量子化部103は、量子化変換係数をエントロピー符号化部104及び逆量子化・逆変換部105に出力する。
【０１６７】
逆量子化・逆変換部105は、動画像復号装置31における逆量子化・逆変換部311（図7）と同じであり、説明を省略する。算出した予測誤差は加算部106に出力される。
【０１６８】
エントロピー符号化部104には、変換・量子化部103から量子化変換係数が入力され、パラメータ符号化部111から符号化パラメータが入力される。符号化パラメータには、例えば、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、予測ベクトルインデックスmvp_LX_idx、差分ベクトルmvdLX、予測モードpredMode、及びマージインデックスmerge_idx等の符号がある。
【０１６９】
エントロピー符号化部104は、分割情報、予測パラメータ、量子化変換係数等をエントロピー符号化して符号化ストリームTeを生成し、出力する。
【０１７０】
パラメータ符号化部111は、図示しないヘッダ符号化部1110、CT情報符号化部1111、CU符号化部1112（予測モード符号化部）、およびインター予測パラメータ符号化部112とイントラ予測パラメータ符号化部113を備えている。CU符号化部1112はさらにTU符号化部1114を備えている。
【０１７１】
以下、各モジュールの概略動作を説明する。パラメータ符号化部111はヘッダ情報、分割情報、予測情報、量子化変換係数等のパラメータの符号化処理を行う。
【０１７２】
CT情報符号化部1111は、符号化データからQT、MT（BT、TT）分割情報等を符号化する。
【０１７３】
CU符号化部1112はCU情報、予測情報、TU分割フラグ、CU残差フラグ等を符号化する。
【０１７４】
TU符号化部1114は、TUに予測誤差が含まれている場合に、QP更新情報（量子化補正値）と量子化予測誤差（residual_coding）を符号化する。
【０１７５】
CT情報符号化部1111、CU符号化部1112は、インター予測パラメータ（予測モードpredMode、マージフラグmerge_flag、マージインデックスmerge_idx、インター予測識別子inter_pred_idc、参照ピクチャインデックスrefIdxLX、予測ベクトルインデックスmvp_LX_idx、差分ベクトルmvdLX）、イントラ予測パラメータ、量子化変換係数等のシンタックス要素をエントロピー符号化部104に供給する。
【０１７６】
（インター予測パラメータ符号化部の構成）
インター予測パラメータ符号化部112は、符号化パラメータ決定部110から入力された予測パラメータに基づいて、インター予測パラメータを導出する。インター予測パラメータ符号化部112は、インター予測パラメータ復号部303がインター予測パラメータを導出する構成と一部同一の構成を含む。
【０１７７】
加算部106は、予測画像生成部101から入力されたブロックの予測画像の画素値と逆量子化・逆変換部105から入力された予測誤差を画素毎に加算して復号画像を生成する。加算部106は生成した復号画像を参照ピクチャメモリ109に記憶する。
【０１７８】
ループフィルタ107は加算部106が生成した復号画像に対し、デブロッキングフィルタ、SAO、ALFを施す。なお、ループフィルタ107は、必ずしも上記３種類のフィルタを含まなくてもよく、例えばデブロッキングフィルタのみの構成であってもよい。
【０１７９】
予測パラメータメモリ108は、符号化パラメータ決定部110が生成した予測パラメータを、対象ピクチャ及びCU毎に予め定めた位置に記憶する。
【０１８０】
参照ピクチャメモリ109は、ループフィルタ107が生成した復号画像を対象ピクチャ及びCU毎に予め定めた位置に記憶する。
【０１８１】
符号化パラメータ決定部110は、符号化パラメータの複数のセットのうち、１つのセットを選択する。符号化パラメータとは、上述したQT、BTあるいはTT分割情報、予測パラメータ、あるいはこれらに関連して生成される符号化の対象となるパラメータである。予測画像生成部101は、これらの符号化パラメータを用いて予測画像を生成する。
【０１８２】
符号化パラメータ決定部110は、複数のセットの各々について情報量の大きさと符号化誤差を示すRDコスト値を算出する。符号化パラメータ決定部110は、算出したコスト値が最小となる符号化パラメータのセットを選択する。これにより、エントロピー符号化部104は、選択した符号化パラメータのセットを符号化ストリームTeとして出力する。符号化パラメータ決定部110は決定した符号化パラメータを予測パラメータメモリ108に記憶する。
【０１８３】
なお、上述した実施形態における動画像符号化装置11、動画像復号装置31の一部、例えば、エントロピー復号部301、パラメータ復号部302、ループフィルタ305、予測画像生成部308、逆量子化・逆変換部311、加算部312、予測画像生成部101、減算部102、変換・量子化部103、エントロピー符号化部104、逆量子化・逆変換部105、ループフィルタ107、符号化パラメータ決定部110、パラメータ符号化部111をコンピュータで実現するようにしても良い。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、動画像符号化装置11、動画像復号装置31のいずれかに内蔵されたコンピュータシステムであって、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD-ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
【０１８４】
また、上述した実施形態における動画像符号化装置11、動画像復号装置31の一部、または全部を、LSI（Large Scale Integration）等の集積回路として実現しても良い。動画像符号化装置11、動画像復号装置31の各機能ブロックは個別にプロセッサ化しても良いし、一部、または全部を集積してプロセッサ化しても良い。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現しても良い。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いても良い。
【０１８５】
以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
【０１８６】
〔応用例〕
上述した動画像符号化装置11及び動画像復号装置31は、動画像の送信、受信、記録、再生を行う各種装置に搭載して利用することができる。なお、動画像は、カメラ等により撮像された自然動画像であってもよいし、コンピュータ等により生成された人工動画像（CGおよびGUIを含む）であってもよい。
【０１８７】
まず、上述した動画像符号化装置11及び動画像復号装置31を、動画像の送信及び受信に利用できることを、図2を参照して説明する。
【０１８８】
図2には、動画像符号化装置11を搭載した送信装置PROD_Aの構成を示したブロック図が示されている。図に示すように、送信装置PROD_Aは、動画像を符号化することによって符号化データを得る符号化部PROD_A1と、符号化部PROD_A1が得た符号化データで搬送波を変調することによって変調信号を得る変調部PROD_A2と、変調部PROD_A2が得た変調信号を送信する送信部PROD_A3と、を備えている。上述した動画像符号化装置11は、この符号化部PROD_A1として利用される。
【０１８９】
送信装置PROD_Aは、符号化部PROD_A1に入力する動画像の供給源として、動画像を撮像するカメラPROD_A4、動画像を記録した記録媒体PROD_A5、動画像を外部から入力するための入力端子PROD_A6、及び、画像を生成または加工する画像処理部Ａ７を更に備えていてもよい。図においては、これら全てを送信装置PROD_Aが備えた構成を例示しているが、一部を省略しても構わない。
【０１９０】
なお、記録媒体PROD_A5は、符号化されていない動画像を記録したものであってもよいし、伝送用の符号化方式とは異なる記録用の符号化方式で符号化された動画像を記録したものであってもよい。後者の場合、記録媒体PROD_A5と符号化部PROD_A1との間に、記録媒体PROD_A5から読み出した符号化データを記録用の符号化方式に従って復号する復号部（不図示）を介在させるとよい。
【０１９１】
また、図2には、動画像復号装置31を搭載した受信装置PROD_Bの構成を示したブロック図が示されている。図に示すように、受信装置PROD_Bは、変調信号を受信する受信部PROD_B1と、受信部PROD_B1が受信した変調信号を復調することによって符号化データを得る復調部PROD_B2と、復調部PROD_B2が得た符号化データを復号することによって動画像を得る復号部PROD_B3と、を備えている。上述した動画像復号装置31は、この復号部PROD_B3として利用される。
【０１９２】
受信装置PROD_Bは、復号部PROD_B3が出力する動画像の供給先として、動画像を表示するディスプレイPROD_B4、動画像を記録するための記録媒体PROD_B5、及び、動画像を外部に出力するための出力端子PROD_B6を更に備えていてもよい。図においては、これら全てを受信装置PROD_Bが備えた構成を例示しているが、一部を省略しても構わない。
【０１９３】
なお、記録媒体PROD_B5は、符号化されていない動画像を記録するためのものであってもよいし、伝送用の符号化方式とは異なる記録用の符号化方式で符号化されたものであってもよい。後者の場合、復号部PROD_B3と記録媒体PROD_B5との間に、復号部PROD_B3から取得した動画像を記録用の符号化方式に従って符号化する符号化部（不図示）を介在させるとよい。
【０１９４】
なお、変調信号を伝送する伝送媒体は、無線であってもよいし、有線であってもよい。また、変調信号を伝送する伝送態様は、放送（ここでは、送信先が予め特定されていない送信態様を指す）であってもよいし、通信（ここでは、送信先が予め特定されている送信態様を指す）であってもよい。すなわち、変調信号の伝送は、無線放送、有線放送、無線通信、及び有線通信の何れによって実現してもよい。
【０１９５】
例えば、地上デジタル放送の放送局（放送設備など）／受信局（テレビジョン受像機など）は、変調信号を無線放送で送受信する送信装置PROD_A／受信装置PROD_Bの一例である。また、ケーブルテレビ放送の放送局（放送設備など）／受信局（テレビジョン受像機など）は、変調信号を有線放送で送受信する送信装置PROD_A／受信装置PROD_Bの一例である。
【０１９６】
また、インターネットを用いたVOD（Video On Demand）サービスや動画共有サービスなどのサーバ（ワークステーションなど）／クライアント（テレビジョン受像機、パーソナルコンピュータ、スマートフォンなど）は、変調信号を通信で送受信する送信装置PROD_A／受信装置PROD_Bの一例である（通常、ＬＡＮにおいては伝送媒体として無線または有線の何れかが用いられ、ＷＡＮにおいては伝送媒体として有線が用いられる）。ここで、パーソナルコンピュータには、デスクトップ型PC、ラップトップ型PC、及びタブレット型PCが含まれる。また、スマートフォンには、多機能携帯電話端末も含まれる。
【０１９７】
なお、動画共有サービスのクライアントは、サーバからダウンロードした符号化データを復号してディスプレイに表示する機能に加え、カメラで撮像した動画像を符号化してサーバにアップロードする機能を有している。すなわち、動画共有サービスのクライアントは、送信装置PROD_A及び受信装置PROD_Bの双方として機能する。
【０１９８】
次に、上述した動画像符号化装置11及び動画像復号装置31を、動画像の記録及び再生に利用できることを、図3を参照して説明する。
【０１９９】
図3には、上述した動画像符号化装置11を搭載した記録装置PROD_Cの構成を示したブロック図が示されている。図に示すように、記録装置PROD_Cは、動画像を符号化することによって符号化データを得る符号化部PROD_C1と、符号化部PROD_C1が得た符号化データを記録媒体PROD_Mに書き込む書込部PROD_C2と、を備えている。上述した動画像符号化装置11は、この符号化部PROD_C1として利用される。
【０２００】
なお、記録媒体PROD_Mは、（１）HDD（Hard Disk Drive）やSSD(Solid State Drive)などのように、記録装置PROD_Cに内蔵されるタイプのものであってもよいし、（２）SDメモリカードやUSB（Universal Serial Bus）フラッシュメモリなどのように、記録装置PROD_Cに接続されるタイプのものであってもよいし、（３）DVD（Digital Versatile Disc:登録商標）やBD（Blu-ray Disc:登録商標）などのように、記録装置PROD_Cに内蔵されたドライブ装置（不図示）に装填されるものであってもよい。
【０２０１】
また、記録装置PROD_Cは、符号化部PROD_C1に入力する動画像の供給源として、動画像を撮像するカメラPROD_C3、動画像を外部から入力するための入力端子PROD_C4、動画像を受信するための受信部PROD_C5、及び、画像を生成または加工する画像処理部PROD_C6を更に備えていてもよい。図においては、これら全てを記録装置PROD_Cが備えた構成を例示しているが、一部を省略しても構わない。
【０２０２】
なお、受信部PROD_C5は、符号化されていない動画像を受信するものであってもよいし、記録用の符号化方式とは異なる伝送用の符号化方式で符号化された符号化データを受信するものであってもよい。後者の場合、受信部PROD_C5と符号化部PROD_C1との間に、伝送用の符号化方式で符号化された符号化データを復号する伝送用復号部（不図示）を介在させるとよい。
【０２０３】
このような記録装置PROD_Cとしては、例えば、DVDレコーダ、BDレコーダ、HDD（Hard Disk Drive）レコーダなどが挙げられる（この場合、入力端子PROD_C4または受信部PROD_C5が動画像の主な供給源となる）。また、カムコーダ（この場合、カメラPROD_C3が動画像の主な供給源となる）、パーソナルコンピュータ（この場合、受信部PROD_C5または画像処理部Ｃ６が動画像の主な供給源となる）、スマートフォン（この場合、カメラPROD_C3または受信部PROD_C5が動画像の主な供給源となる）なども、このような記録装置PROD_Cの一例である。
【０２０４】
また、図3には、上述した動画像復号装置31を搭載した再生装置PROD_Dの構成を示したブロックが示されている。図に示すように、再生装置PROD_Dは、記録媒体PROD_Mに書き込まれた符号化データを読み出す読出部PROD_D1と、読出部PROD_D1が読み出した符号化データを復号することによって動画像を得る復号部PROD_D2と、を備えている。上述した動画像復号装置31は、この復号部PROD_D2として利用される。
【０２０５】
なお、記録媒体PROD_Mは、（１）HDDやSSDなどのように、再生装置PROD_Dに内蔵されるタイプのものであってもよいし、（２）SDメモリカードやUSBフラッシュメモリなどのように、再生装置PROD_Dに接続されるタイプのものであってもよいし、（３）DVDやBDなどのように、再生装置PROD_Dに内蔵されたドライブ装置（不図示）に装填されるものであってもよい。
【０２０６】
また、再生装置PROD_Dは、復号部PROD_D2が出力する動画像の供給先として、動画像を表示するディスプレイPROD_D3、動画像を外部に出力するための出力端子PROD_D4、及び、動画像を送信する送信部PROD_D5を更に備えていてもよい。図においては、これら全てを再生装置PROD_Dが備えた構成を例示しているが、一部を省略しても構わない。
【０２０７】
なお、送信部PROD_D5は、符号化されていない動画像を送信するものであってもよいし、記録用の符号化方式とは異なる伝送用の符号化方式で符号化された符号化データを送信するものであってもよい。後者の場合、復号部PROD_D2と送信部PROD_D5との間に、動画像を伝送用の符号化方式で符号化する符号化部（不図示）を介在させるとよい。
【０２０８】
このような再生装置PROD_Dとしては、例えば、DVDプレイヤ、BDプレイヤ、HDDプレイヤなどが挙げられる（この場合、テレビジョン受像機等が接続される出力端子PROD_D4が動画像の主な供給先となる）。また、テレビジョン受像機（この場合、ディスプレイPROD_D3が動画像の主な供給先となる）、デジタルサイネージ（電子看板や電子掲示板等とも称され、ディスプレイPROD_D3または送信部PROD_D5が動画像の主な供給先となる）、デスクトップ型PC（この場合、出力端子PROD_D4または送信部PROD_D5が動画像の主な供給先となる）、ラップトップ型またはタブレット型PC（この場合、ディスプレイPROD_D3または送信部PROD_D5が動画像の主な供給先となる）、スマートフォン（この場合、ディスプレイPROD_D3または送信部PROD_D5が動画像の主な供給先となる）なども、このような再生装置PROD_Dの一例である。
【０２０９】
（ハードウェア的実現およびソフトウェア的実現）
また、上述した動画像復号装置31および動画像符号化装置11の各ブロックは、集積回路（ICチップ）上に形成された論理回路によってハードウェア的に実現してもよいし、CPU（Central Processing Unit）を用いてソフトウェア的に実現してもよい。
【０２１０】
後者の場合、上記各装置は、各機能を実現するプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムを格納したROM（Read Only Memory）、上記プログラムを展開するRAM（Random Access Memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の実施形態の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアである上記各装置の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記各装置に供給し、そのコンピュータ（またはCPUやMPU）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【０２１１】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ類、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやCD-ROM（Compact Disc Read-Only Memory）／MOディスク（Magneto-Optical disc）／MD（Mini Disc）／DVD（Digital Versatile Disc:登録商標）／CD-R（CD Recordable）／ブルーレイディスク（Blu-ray Disc：登録商標）等の光ディスクを含むディスク類、ICカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード類、マスクROM／EPROM（Erasable Programmable Read-Only Memory）／EEPROM（Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory：登録商標）／フラッシュROM等の半導体メモリ類、あるいはPLD（Programmable logic device）やFPGA（Field Programmable Gate Array）等の論理回路類などを用いることができる。
【０２１２】
また、上記各装置を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークは、プログラムコードを伝送可能であればよく、特に限定されない。例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN（Local Area Network）、ISDN（Integrated Services Digital Network）、VAN（Value-Added Network）、CATV（Community Antenna television/Cable Television）通信網、仮想専用網（Virtual Private Network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、この通信ネットワークを構成する伝送媒体も、プログラムコードを伝送可能な媒体であればよく、特定の構成または種類のものに限定されない。例えば、IEEE（Institute of Electrical and Electronic Engineers）1394、USB、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）回線等の有線でも、IrDA（Infrared Data Association）やリモコンのような赤外線、BlueTooth（登録商標）、IEEE802.11無線、HDR（High Data Rate）、NFC（Near Field Communication）、DLNA（Digital Living Network Alliance：登録商標）、携帯電話網、衛星回線、地上デジタル放送網等の無線でも利用可能である。なお、本発明の実施形態は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【０２１３】
本発明の実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２１４】
本発明の実施形態は、画像データが符号化された符号化データを復号する動画像復号装置、および、画像データが符号化された符号化データを生成する動画像符号化装置に好適に適用することができる。また、動画像符号化装置によって生成され、動画像復号装置によって参照される符号化データのデータ構造に好適に適用することができる。
【符号の説明】
【０２１５】
31  画像復号装置（動画像復号装置）
301  エントロピー復号部
302  パラメータ復号部
3020  ヘッダ復号部
303  インター予測パラメータ復号部
304  イントラ予測パラメータ復号部
308  予測画像生成部
309  インター予測画像生成部
310  イントラ予測画像生成部
311  逆量子化・逆変換部
312  加算部
11  画像符号化装置（動画像符号化装置）
101  予測画像生成部
102  減算部
103  変換・量子化部
104  エントロピー符号化部
105  逆量子化・逆変換部
107  ループフィルタ
110  符号化パラメータ決定部
111  パラメータ符号化部
112  インター予測パラメータ符号化部
113  イントラ予測パラメータ符号化部
30954  BIO部（BIOF部, BDOF部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2020195015.tif 000010
【図９】
2020195015.tif 000011
【図１０】
2020195015.tif 000012
【図１１】
2020195015.tif 000013
【図１２】
2020195015.tif 000014
【図１３】
2020195015.tif 000015
【図１４】
2020195015.tif 000016
【図１５】
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