(57)【要約】  状態リセット判定部２６が２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態を初期化する。
2010146782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化対象のパラメータを２値化して、２値化データを出力する２値化手段と、上記２値化データに含まれるシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある上記２値化データに含まれる第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化手段と、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術符号化手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段とを備えた算術符号化装置。
【請求項２】
生起確率初期化手段は、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、かつ、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が所定の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする請求項１記載の算術符号化装置。
【請求項３】
生起確率初期化手段は、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、また生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が第１の閾値以上であり、かつ、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率が第２の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする請求項１記載の算術符号化装置。
【請求項４】
生起確率初期化手段は、第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れている場合、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する代わりに、上記第２のシンボルの２値化データにおける優勢シンボルと劣勢シンボルの意味付けを反転することを特徴とする請求項１記載の算術符号化装置。
【請求項５】
符号化対象のパラメータを２値化して、２値化データを出力する２値化手段と、上記２値化データに含まれるシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある上記２値化データに含まれる第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化手段と、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れている旨を示す状態遷移情報を受信すると、上記算術符号化手段により第１及び第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段とを備えた算術符号化装置。
【請求項６】
復号対象のシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記第１及び第２のシンボルの２値化データの算術符号化結果である符号化データを入力し、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記第１のシンボルの２値化データを算術復号してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記第２のシンボルの２値化データを算術復号するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術復号手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術復号手段により第２のシンボルの２値化データの算術復号が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１及び第２のシンボルを含む２値化データを逆２値化して復号パラメータを出力する逆２値化手段とを備えた算術復号装置。
【請求項７】
生起確率初期化手段は、算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、かつ、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が所定の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする請求項６記載の算術復号装置。
【請求項８】
生起確率初期化手段は、算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、また生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が第１の閾値以上であり、かつ、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率が第２の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする請求項６記載の算術復号装置。
【請求項９】
生起確率初期化手段は、第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れている場合、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する代わりに、上記第２のシンボルの２値化データにおける優勢シンボルと劣勢シンボルの意味付けを反転することを特徴とする請求項６記載の算術復号装置。
【請求項１０】
復号対象のシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記第１及び第２のシンボルの２値化データの算術符号化結果である符号化データを入力し、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記第１のシンボルの２値化データを算術復号してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記第２のシンボルの２値化データを算術復号するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術復号手段と、算術符号化装置から上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れている旨を示す状態遷移情報を受信すると、上記算術復号手段により第１及び第２のシンボルの２値化データの算術復号が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１及び第２のシンボルを含む２値化データを逆２値化して復号パラメータを出力する逆２値化手段とを備えた算術復号装置。
【請求項１１】
２値化手段が符号化対象のパラメータを２値化して、２値化データを出力する２値化処理ステップと、生起確率記憶手段が上記２値化データに含まれる符号化対象のシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある上記２値化データに含まれる第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶処理ステップと、算術符号化手段が上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化処理ステップと、生起確率初期化手段が上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術符号化手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化処理ステップとを備えた算術符号化方法。
【請求項１２】
生起確率記憶手段が復号対象のシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶処理ステップと、算術復号手段が上記第１及び第２のシンボルの２値化データの算術符号化結果である符号化データを入力し、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記第１のシンボルの２値化データを算術復号してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記第２のシンボルの２値化データを算術復号するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術復号処理ステップと、生起確率初期化手段が上記算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術復号手段により第２のシンボルの２値化データの算術復号が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化処理ステップと、逆２値化手段が上記算術復号手段により算術復号された第１及び第２のシンボルを含む２値化データを逆２値化して復号パラメータを出力する逆２値化処理ステップとを備えた算術復号方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像を圧縮符号化して伝送するに際して、符号化対象のパラメータを算術符号化する算術符号化装置及び算術符号化方法と、復号対象のパラメータを算術復号する算術復号装置及び算術復号方法とに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合電気通信標準化部門）によって勧告されているＨ．２６４動画像符号化方式で用いられている算術符号化装置では、符号化対象のパラメータの符号化を行う際に当該符号化対象パラメータを２値化データに変換し、それぞれの２値化データを符号化対象シンボルとして算術符号化する。算術符号化においては、各シンボルにおける２値化データが０と１のうち発生頻度の高いと想定される事象をＭＰＳ（Ｍｏｓｔ  Ｐｒｏｂａｂｌｅ  Ｓｙｍｂｏｌ：発生しやすいシンボル＝優勢シンボル）、そうでない事象をＬＰＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｐｒｏｂａｂｌｅ  Ｓｙｍｂｏｌ：発生しにくいシンボル＝劣勢シンボル）とし、ＭＰＳの発生する確率である「生起確率」に応じて算術符号化演算処理が行われる。
ここで、各符号化シンボルにおける生起確率は異なるため、シンボル毎に生起確率を別々のメモリに記憶している。前記Ｈ．２６４動画像符号化方式では、約１０００種類の生起確率を保持するよう構成されている。
また、算術符号化装置は、シンボルの生起確率を参照して、当該シンボルの２値化データを算術符号化すると、当該シンボルの生起確率を更新する。【０００３】
即ち、算術符号化装置は、符号化効率の向上を図るため、発生事象であるシンボルがＭＰＳであれば、当該シンボルの生起確率を高める方向に変更する（生起確率の学習を行う）。
一方、発生事象であるシンボルがＬＰＳであれば、当該シンボルの生起確率を低める方向に変更する（生起確率の学習を行う）。【０００４】
また、Ｈ．２６４の算術符号化装置では、生起確率の状態遷移図を使用することにより各シンボルの生起確率を記憶するメモリの容量や、各シンボルの生起確率を学習する際の演算量を削減することができる。
ここで、図１３は算術符号化装置が使用する生起確率の状態遷移図の一例を示す説明図である。
また、図１４は各状態における確率を表現する値を示す説明図である。
図１３及び図１４において、ｐＳｔａｔｅＩｄｘは遷移状態インデックス、ｔｒａｎｓＩｄｒＬＰＳは発生事象であるシンボルがＬＰＳであるときの次の状態の遷移状態インデックス、ｔｒａｎｓＩｄｒＭＰＳは発生事象であるシンボルがＭＰＳであるときの次の状態の遷移状態インデックスを示している。
また、ｑＣｏｄＩＲａｎｇｅＩｄｘは確率を表現する値であり、図１４の例では、生起確率の逆数を近似した値である。【０００５】
図１５は算術符号化装置における算術符号化の原理を示す説明図である。
図１５では、ＭＰＳ＝０、ＭＰＳの発生する確率が０．７５、ＬＰＳの発生する確率が０．２５であるときに、入力バイナリ列“０００１”が算術符号化され、“０１１”の出力バイナリに算術符号化されている例を示している。【０００６】
図１６は符号化対象の動画像を示す説明図である。
図１６の動画像では、自動車が左向きに進行しており、図中、太枠のブロックでは、符号化順（ラスタスキャン順）で前ブロックまでは背景だけであったが、当該ブロックでは運転者の頭部が進入してきているので、前ブロックまでとは性質が異なるブロックとなっている。
図１７は、特定の符号化対象シンボルとして例えばブロックの動き情報を示す符号化パラメータであるＭＶＤ（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：動きベクトル差分値）を２値化した際の先頭の２値データである第一のシンボルと、ブロックに直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ Ｐａｔｔｅｒｎ：符号化ブロックパターン）を２値化した際の先頭の２値データである第二のシンボルに着目しそのブロックごとの情報量を図示したものである。
ここで動きが大きいところでは直交変換係数も発生しやすく、動きが少ないところでは直交変換係数も発生しにくいことから、前記第一のシンボルと第二のシンボルのＭＰＳの発生確率には相関関係がある。
図１７より、先頭から数ブロックの間は背景画像という性質が同じブロックが符号化されるため、発生するシンボルは常にＭＰＳとなり生起確率の学習効果によって徐々にシンボルごとの発生情報量が減少していく。
このように生起確率の学習が十分行われた状態で図中太枠のブロックように性質の異なるブロックの算術符号化を行うと、シンボルによっては発生事象がＬＰＳとなり、例えば図１７に示すように、符号化対象のシンボルの発生情報量が急激に増加する。【０００７】
例えば、以下の特許文献１に開示されている算術符号化装置では、エラー耐性強化および符号化効率改善のためにスライスの先頭で量子化スケールを元に所定の数式を用いて各シンボルの生起確率（遷移状態インデックス）を初期化し、スライス内で各シンボルの発生事象に応じて生起確率が学習されていく（状態遷移していく）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２１１８７３号
【発明の概要】
【０００９】
従来の算術符号化装置は以上のように構成されているので、スライスの途中でシンボルの発生情報量が急激に増加する場合にその変化に追従することができず、相関のある他のシンボルの発生情報量も増加してしまい、その結果全体の符号量が増加してしまうという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、シンボルの発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる算術符号化装置及び算術符号化方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる算術復号装置及び算術復号方法を得ることを目的とする。
【００１１】
この発明に係る算術符号化装置は、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化演算処理手段を設け、生起確率初期化手段が２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化するようにしたものである。
【００１２】
この発明によれば、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化演算処理手段を設け、生起確率初期化手段が２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化するように構成したので、第２のシンボルの発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】エントロピー符号化部１１における状態リセット判定部２６の判定処理を示すフローチャートである。
【図６】相関がある２つのシンボルの発生情報量の変動を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態６による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図である。
【図１３】算術符号化装置が使用する生起確率の状態遷移図の一例を示す説明図である。
【図１４】各状態における確率を表現する値を示す説明図である。
【図１５】算術符号化装置における算術符号化の原理を示す説明図である。
【図１６】符号化対象の動画像を示す説明図である。
【図１７】相関がある２つのシンボルの発生情報量の変動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置を示す構成図である。
図１において、画像入力部１は符号化対象の動画像を入力し、その動画像をマクロブロック単位に分割して、分割後の各マクロブロックの画像（以下、「マクロブロック画像」と称する）を出力する処理を実施する。
イントラ予測部２はイントラ予測を実施することで、後述するフレームメモリ１０に格納された局部復号画像から予測画像を生成するとともに、イントラ予測の予測モードをエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
【００１５】
動き補償予測部３は画像入力部１から出力されたマクロブロック画像とフレームメモリ１０により格納されている参照画像から動きベクトルを検出し、その動きベクトルを用いて当該参照画像に対する動き補償予測を実施することで、予測画像を生成するとともに、その動きベクトルをエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
符号化制御部４は選択スイッチ５を制御するとともに、その選択スイッチ５に対する制御信号及び量子化スケールをエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
選択スイッチ５は符号化制御部４から出力された制御信号にしたがって、イントラ予測部２により生成された予測画像又は動き補償予測部３により生成された予測画像のうち、予測精度が高い方の予測画像を選択する処理を実施する。
【００１６】
減算器６は画像入力部１から出力されたマクロブロック画像と選択スイッチ５により選択された予測画像の差分画像である予測誤差信号を算出し、その予測誤差信号を量子化変換部７に出力する処理を実施する。
量子化変換部７は減算器６から出力された予測誤差信号を直交変換して、その予測誤差信号の直交変換係数を量子化し、量子化後の直交変換係数を逆量子化変換部８及びエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
【００１７】
逆量子化変換部８は量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を加算器９に出力する処理を実施する。
加算器９は選択スイッチ５により選択された予測画像と逆量子化変換部８から出力された予測誤差信号を加算して、局部復号画像を生成する処理を実施する。
フレームメモリ１０は加算器９により生成された局部復号画像を参照画像として格納する記録媒体である。
【００１８】
エントロピー符号化部１１は、この発明の実施の形態１による算術符号化装置であり、符号化対象のパラメータ（相関がある複数のパラメータ：例えば、マクロブロックタイプ、動きベクトル差分値、輝度フレーム内予測モード、色差フレーム内予測モード、ＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ  Ｐａｔｔｅｒｎ）、差分量子化パラメータなど）をエントロピー符号化して、符号化データを出力する処理を実施する。
図１の例では、符号化対象のパラメータとして、イントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトル、符号化制御部４から出力された量子化スケール・制御信号及び量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数情報（ＣＢＰを含む）をエントロピー符号化している。
【００１９】
図２はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図である。
図２では、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤ（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：動きベクトル差分値）を２値化した際の第１ビット目の２値化データ（第１のシンボル）、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データ（第２のシンボル））をエントロピー符号化するものとして説明する。
ただし、エントロピー符号化部１１がエントロピー符号化する符号化対象のパラメータの個数は２個に限るものではなく、３個以上でもよいことは言うまでもない。
また、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目に限るものではなく、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目ではない２値化データやＭＶＤ以外の符号化パラメータの２値化データ、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目ではない２値化データやＣＢＰ以外の符号化パラメータの２値化データであってもよいことは言うまでもない。
【００２０】
図２において、遷移状態記憶メモリ２１は符号化対象の各シンボルの状態遷移図における遷移状態インデックス（図１３を参照）を記憶している記録媒体である。
確率テーブルメモリ２２は各状態における生起確率を示す確率テーブル（図１４を参照：図１４の確率テーブルは、生起確率の逆数の近似値を格納している）を記憶している記録媒体である。
なお、遷移状態記憶メモリ２１及び確率テーブルメモリ２２から生起確率記憶手段が構成されている。
また、従来のＨ．２６４では、図１３の状態遷移図や図１４の確率テーブルを使用することにより生起確率を更新・記憶しているが、これに限らず、生起確率を更新・記憶する手段であれば、いかなる手段であっても本発明を適用することができる。例えば、符号化対象となるシンボルの２値化データの発生事象が“０”である回数と、“１”である回数をカウントし、統計的に確率を算出するなどの方法であってもよい。
【００２１】
コンテキスト生成部２３は符号化対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（符号化対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているシンボル毎に割り当てられた遷移状態インデックスを格納するメモリ領域の中から、算術符号化演算処理部２５により参照されるメモリ領域を選択する処理を実施する。
２値化部２４は符号化対象のパラメータであるＭＶＤとＣＢＰを２値化して、それぞれの２値化データを出力する処理を実施する。なお、２値化部２４は２値化手段を構成している。
【００２２】
算術符号化演算処理部２５はＭＶＤの第１ビット目（以後「ＭＶＤ１」と記す＝第１のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部２３により選択されたＭＶＤ１に割り当てられたメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスと、確率テーブルメモリ２２により記憶されている確率テーブルを参照する）、２値化部２４から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、ＣＢＰの第１ビット目（以後「ＣＢＰ１」と記す＝第２のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部２３により選択されたＣＢＰ１のシンボルに割り当てられたメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスと、確率テーブルメモリ２２により記憶されている確率テーブルを参照する）、２値化部２４から出力されたＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化するとともに、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを算術符号化演算処理部２５が保持している状態遷移図に基づいて更新する処理を実施する。なお、算術符号化演算処理部２５は算術符号化演算処理手段を構成している。
【００２３】
状態リセット判定部２６は２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する処理を実施する。なお、状態リセット判定部２６は生起確率初期化手段を構成している。
【００２４】
図３はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
図４はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１の処理内容を示すフローチャートである。
図５はエントロピー符号化部１１における状態リセット判定部２６の判定処理を示すフローチャートである。
【００２５】
次に動作について説明する。
画像入力部１は、符号化対象の動画像を入力すると、その動画像をマクロブロック単位に分割して、分割後の各マクロブロックの画像をマクロブロック画像として出力する（図３のステップＳＴ１）。
減算器６は、画像入力部１からマクロブロック画像が出力され、選択スイッチ５から予測画像が出力されると、そのマクロブロック画像と予測画像の差分画像である予測誤差信号を算出し、その予測誤差信号を量子化変換部７に出力する（ステップＳＴ２）。
【００２６】
量子化変換部７は、減算器６から予測誤差信号を受けると、その予測誤差信号を直交変換して、その予測誤差信号の直交変換係数を量子化し、量子化後の直交変換係数を逆量子化変換部８及びエントロピー符号化部１１に出力する（ステップＳＴ３）。
逆量子化変換部８は、量子化変換部７から量子化後の直交変換係数を受けると、量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を加算器９に出力する（ステップＳＴ４）。
【００２７】
イントラ予測部２は、画像入力部１からマクロブロック画像を受けると、イントラ予測（フレーム内予測）を実施することで、フレームメモリに格納されている参照画像から予測画像を生成するとともに、イントラ予測の予測モードをエントロピー符号化部１１に出力する（ステップＳＴ５）。
動き補償予測部３は、画像入力部１からマクロブロック画像を受けると、そのマクロブロック画像とフレームメモリ１０により格納されている参照画像から動きベクトルを検出し、その動きベクトルを用いて当該参照画像に対する動き補償予測を実施することで、予測画像を生成するとともに、その動きベクトルをエントロピー符号化部１１に出力する（ステップＳＴ６）。
【００２８】
符号化制御部４は、マクロブロックモードを判定し（ステップＳＴ７）、イントラ予測部２により生成された予測画像又は動き補償予測部３により生成された予測画像のうち、予測精度が高い方の予測画像の選択を指示する制御信号を選択スイッチ５に出力するとともに、その制御信号と量子化スケールをエントロピー符号化部１１に出力する。
選択スイッチ５は、符号化制御部４から出力された制御信号にしたがって、イントラ予測部２により生成された予測画像又は動き補償予測部３により生成された予測画像を選択し、その選択した予測画像を減算器６に出力する。
【００２９】
エントロピー符号化部１１は、符号化対象のパラメータ（相関がある複数のパラメータ：例えば、マクロブロックタイプ、動きベクトル差分値、輝度フレーム内予測モード、色差フレーム内予測モード、ＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ  Ｐａｔｔｅｒｎ）、差分量子化パラメータなど）をエントロピー符号化して、符号化データを出力する（ステップＳＴ８）。
図１の例では、符号化対象のシンボルとして、イントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトル、符号化制御部４から出力された量子化スケール及び量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数情報（ＣＢＰを含む）をエントロピー符号化している。
また、図１の例では、選択スイッチ５に対する制御信号もエントロピー符号化している。
【００３０】
以下、エントロピー符号化部１１の処理内容を具体的に説明する。
ここでは、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤを２値化した際の第１ビット目の２値化データ（ＭＶＤ１＝第１のシンボル））、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データ（ＣＢＰ１＝第２のシンボル））をエントロピー符号化するものを例として説明する。
エントロピー符号化部１１の２値化部２４は、符号化対象のパラメータとして、ＭＶＤとＣＢＰを入力すると、そのＭＶＤとＣＢＰを２値化して、そのＭＶＤ１とＣＢＰ１を含む２値化データを算術符号化演算処理部２５及び状態リセット判定部２６に出力する（図４のステップＳＴ１１）。
【００３１】
コンテキスト生成部２３は、符号化対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（符号化対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているシンボル毎に割り当てられた遷移状態インデックスを格納するメモリ領域の中から、算術符号化演算処理部２５により参照されるメモリ領域を選択し、そのメモリ領域を識別するコンテキスト情報を生成する（ステップＳＴ１２）。
【００３２】
算術符号化演算処理部２５は、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているシンボル毎に割り当てられたメモリ領域のうち、コンテキスト生成部２３により生成されたコンテキスト情報が示す遷移状態記憶メモリ２１上の当該符号化対象シンボルに割り当てられているメモリ領域に格納されている遷移状態インデックスを参照する（ステップＳＴ１３）とともに、確率テーブルメモリ２２により記憶されている確率テーブルを参照することで、符号化対象シンボルの生起確率を特定する（ステップＳＴ１４）。
算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定すると、その生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１の２値化データを算術符号化する（ステップＳＴ１５）。
次に、算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを状態遷移図に照らし合わせて、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の次の遷移状態インデックスを特定し、遷移状態記憶メモリ２１におけるＭＶＤ１に割り当てられているメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスを特定された次の遷移状態インデックスに更新する。（ステップＳＴ１６）。
【００３３】
例えば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが“７”であるとき、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データがＭＰＳ（優勢シンボル）であれば、次の遷移状態インデックスを“８”であると特定する（図１３を参照）。
一方、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが“７”であるとき、ＭＶＤ１（第１のシンボル）が２値化データがＬＰＳ（劣勢シンボル）であれば、次の遷移状態インデックスを“５”であると特定する（図１３を参照）。
【００３４】
つまり算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術符号化すると、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを更新する。
算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを更新すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの算術符号化結果である符号化データを出力する（ステップＳＴ１７）。
【００３５】
状態リセット判定部２６は、算術符号化演算処理部２５がＭＶＤ１（第１のシンボル）に係る符号化データを出力すると、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化演算処理が行われる前に、そのＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定する（ステップＳＴ１８）。
即ち、状態リセット判定部２６は、図５に示すように、下記の３つの条件を全て満足するとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定し（ステップＳＴ２４）、下記のいずれかの条件を満足しないとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていないと判定する（ステップＳＴ２５）。
【００３６】
条件
（１）算術符号化演算処理部２５により今回更新される前のＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第１の閾値（例えば、０．８７５）以上である。
（２）２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データが劣勢シンボルＬＰＳである。
（３）算術符号化演算処理部２５により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上である。
【００３７】
ここでは、算術符号化演算処理部２５により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）のＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上であることも条件に含めているが、上記の条件（１）（２）だけで、定常状態が途切れているか否かを判定するようにしてもよい。この場合、多少判定精度が落ちるが、定常状態が途切れているか否かを少ない処理量で判定することができる。
【００３８】
状態リセット判定部２６は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化演算処理が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する（ステップＳＴ１９）。
例えば、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期値（例えば、遷移状態インデックス“０”や、遷移状態インデックス＝“ｎ”（ｎは任意の値））にリセットすることで、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を初期値（例えば、“０．５”や“ｘ”（ｘは任意の値））にリセットする。
【００３９】
算術符号化演算処理部２５は、状態リセット判定部２６の判定処理が終了すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定する場合と同様にして、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
即ち、算術符号化演算処理部２５は、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを参照し、確率テーブルメモリ２２により格納されている確率テーブルからＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
【００４０】
算術符号化演算処理部２５は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術符号化する場合と同様に、その生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化する。
算術符号化演算処理部２５は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する場合と同様に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する。
算術符号化演算処理部２５は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新すると、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化結果である符号化データを出力する。
【００４１】
ただし、状態リセット判定部２６によりＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定された場合には、上述したように、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスが初期値にリセットされているので、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れることで、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の発生情報量が急激に増加しても、ＭＶＤ１（第１のシンボル）と相関があるＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量の増加が抑制される。
【００４２】
ここで、図６は相関がある２つのシンボルの発生情報量の変動を示す説明図である。
図６の例では、予測不能ブロックを符号化する際、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れることで、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の発生情報量が急激に増加しているが、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが初期値にリセットされることで、ＭＶＤ１（第１のシンボル）と相関があるＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量の増加が抑制されていることを示している。
因みに、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスが初期値にリセットされない場合、図１７に示すように、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量が急激に増加する。
【００４３】
この実施の形態１では、ＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）が、相関があるシンボルとして実施した例を示しているが、以下、相関があるシンボルについて簡単に説明する。
例えば、Ｈ．２６４では、マクロブロックの符号化モードを特定するマクロブロックモード（フレーム内予測を用いるか、フレーム間予測を用いるか、フレーム内予測の単位を４×４・８×８・１６×１６画像のどれにするか、動きベクトルを送信する単位を１６×１６・１６×８・８×１６・８×８それ以下のどれにするかなどを示す情報）、マクロブロック内は全て予測値だけで再構成するスキップモードであるか否かを特定するスキップフラグ、動きを特定する差分動きベクトル（動きベクトルの予測値と実際の動きベクトルの差分値）、予測差分情報のブロック毎の有無を示すＣＢＰ、輝度信号のフレーム内予測モード、色差信号のフレーム内予測モード、前のマクロブロックとの量子化パラメータの差である差分量子化パラメータ、予測誤差信号の直交変換係数などの符号化パラメータをマクロブロックデータとして符号化する。
【００４４】
画面の背景部分など、動きやテクスチャの変化が少ない部分では、予測が当り易いので、スキップモードを選択する確率が高くなる。さらに動きやテクスチャの変化が少ないので、フレーム内予測や動き予測に関してはブロックサイズが大きくなる傾向が高くなるため、マクロブロックモードとしては、１６×１６画素単位の処理を行うモードが選択される確率が高くなる。
また、画像信号に変化がないので、差分動きベクトルは０になる確率が高くなる。ＣＢＰも予測差分情報が発生し難いことから、０になる確率が高くなる。
フレーム内予測モードは、輝度も色差も、どの予測モードでもあまり変わらないので、隣接するブロックと同じ値になる確率が高くなる。差分量子化パラメータも変化がないので、０になる確率が高くなる。
【００４５】
一方、動く物体を含むマクロブロックや、テクスチャが複雑なマクロブロックでは、スキップモードを選択しない確率が高くなる。動きやテクスチャの変化に応じて予測画素をきめ細かに生成した方が符号化の効率がよくなるため、マクロブロックタイプはブロックサイズが小さくなる確率が高くなる。また、差分動きベクトルは当然０でない値になる確率が高くなる。
フレーム内予測モードもテクスチャに応じて様々なモードが選択される確率が高くなる。
差分量子化パラメータも、符号量を抑えるため量子化パラメータを大きい値に変化させるために０でなくなる確率が高くなる。
【００４６】
したがって、マクロブロックモード、スキップフラグ、動きベクトル差分値、ＣＢＰ、輝度フレーム内予測モード、色差フレーム内予測モード、差分量子化パラメータなどの符号化パラメータを２値化した場合の各２値化データは、第１のシンボルとして、いずれか１つを選んだ場合に、他のシンボルの１つ又は複数を第２のシンボルとして、本発明を適用すれば、第１のシンボルも第２のシンボルもＭＰＳの確率が高い状態が継続している場合に、第１のシンボルがＬＰＳに変化すると、第２のシンボルも同時にＬＰＳに変化する可能性が高くなるため、第２のシンボルの生起確率を初期化することにより、第２のシンボルの情報発生量を抑制することができ、符号化効率が高い符号化を実現することができる。
【００４７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術符号化してから、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化するとともに、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する算術符号化演算処理部２５を設け、状態リセット判定部２６が２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するように構成したので、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる効果を奏する。
【００４８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、状態リセット判定部２６が２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するものについて示したが、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている場合、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化する代わりに、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データにおけるＭＰＳ（優勢シンボル）とＬＰＳ（劣勢シンボル）の意味付けを反転するようにしてもよい。
【００４９】
また、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを、ＬＰＳ（劣勢シンボル）が１つ又は複数個きたときに遷移する遷移状態インデックスに強制的に遷移させるようにしてよい。この場合にはＭＰＳとＬＰＳの意味付けを反転するほどの効果は得られないが、状態遷移図を用いて更新する処理を流用できるため回路規模を増加させなくて済むことができる。
これらの場合も、上記実施の形態１と同様に、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる。
【００５０】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
遷移状態記憶メモリ２７は図２の遷移状態記憶メモリ２１と同様に、符号化対象の各シンボルの、各シンボルの現在の遷移状態インデックスを記憶している記録媒体であるが、図２の遷移状態記憶メモリ２１のように、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが状態リセット判定部２６によって初期化されるのではなく、例えば、イントラ予測部２や動き補償予測部３から、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグ（状態遷移情報）を受信すると、算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する点で相違している。
なお、遷移状態記憶メモリ２７は、生起確率記憶手段及び生起確率初期化手段を構成している。
【００５１】
次に動作について説明する。
イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、過去に符号化したブロックと性質の異なるブロック（予測不能ブロックと呼ぶ）における予測画像を生成する際、予測不能ブロックを解析するので、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判別することができる。
イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグをエントロピー符号化部１１の遷移状態記憶メモリ２７に出力する。
【００５２】
遷移状態記憶メモリ２７は、イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）から遷移状態リセットフラグを受信すると、算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する。
この場合、算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２７が、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていることを認識することができるので、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化するだけでなく、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスも初期化する。
その他の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００５３】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグを受信すると、遷移状態記憶メモリ２７が算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化するように構成したので、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置を示す構成図である。
図８において、エントロピー復号部３１は、この発明の実施の形態４による算術復号装置であり、図１のエントロピー符号化部１１から送信された符号化データを受信すると、その符号化データから、例えば、マクロブロックの符号化モードを特定するマクロブロックモード（フレーム内予測を用いるか、フレーム間予測を用いるか、フレーム内予測の単位を４×４・８×８・１６×１６画像のどれにするか、動きベクトルを送信する単位を１６×１６・１６×８・８×１６・８×８それ以下のどれにするかなどを示す情報）、マクロブロック内は全て予測値だけで再構成するスキップモードであるか否かを特定するスキップフラグ、動きを特定する差分動きベクトル（動きベクトルの予測値と実際の動きベクトルの差分値）、予測差分情報のブロック毎の有無を示すＣＢＰ、輝度信号のフレーム内予測モード、色差信号のフレーム内予測モード、前のマクロブロックとの量子化パラメータの差である差分量子化パラメータ、予測誤差信号の直交変換係数などをエントロピー復号して復号パラメータとして出力する処理を実施する。
図８の例では、復号対象のパラメータとして、イントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトル、符号化制御部４から出力された量子化スケール及び量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数をエントロピー復号している。
また、図８の例では、選択スイッチ５に対する制御信号もエントロピー復号している。
【００５５】
逆量子化変換部３２はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号された量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、図１の減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を算出する処理を実施する。
イントラ予測画像生成部３３はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号されたイントラ予測の予測モードにしたがってイントラ予測を実施することで、図１のイントラ予測部２により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する処理を実施する。
【００５６】
動き補償部３４はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号された動きベクトルを用いて、フレームメモリ３７により格納されている参照画像に対する動き補償予測を実施することで、図１の動き補償予測部３により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する処理を実施する。
選択スイッチ３５はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号された図１の選択スイッチ５に対する制御信号にしたがって、イントラ予測画像生成部３３又は動き補償部３４により生成された予測画像を選択する処理を実施する。
【００５７】
加算器３６は逆量子化変換部３２により算出された予測誤差信号と選択スイッチ３５により選択された予測画像を加算して、図１の画像入力部１から出力されたマクロブロック画像に相当するマクロブロック画像を出力する処理を実施する。
フレームメモリ３７は加算器３６により生成されたマクロブロック画像を参照画像として格納する記録媒体である。
【００５８】
図９はこの発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図である。
図９では、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤを２値化した際の１ビット目の２値化データであるＭＶＤ１（第１のシンボル）、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データであるＣＢＰ１（第２のシンボル））をエントロピー復号するものとして説明する。
ただし、エントロピー復号部３１がエントロピー復号する復号対象のパラメータの個数は２個に限るものではなく、３個以上でもよいことは言うまでもない。
また、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目に限るものではなく、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目ではない２値化データやＭＶＤ以外の符号化パラメータの２値化データ、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目ではない２値化データやＣＢＰ以外の符号化パラメータの２値化データであってもよいことは言うまでもない。
【００５９】
図９において、遷移状態記憶メモリ４１は図２の遷移状態記憶メモリ２１と同様に、各シンボルの状態遷移図における遷移状態インデックスを記憶している記録媒体である。
確率テーブルメモリ４２は図２の確率テーブルメモリ２２と同様に、各状態における生起確率を示す確率テーブル（図１４を参照：図１４の確率テーブルは、生起確率の逆数の近似値を格納している）を記憶している記録媒体である。
なお、遷移状態記憶メモリ４１及び確率テーブルメモリ４２から生起確率記憶手段が構成されている。
また、従来のＨ．２６４では、図１３の状態遷移図や図１４の確率テーブルを使用することにより生起確率を更新・記憶しているが、これに限らず、生起確率を更新・記憶する手段であれば、いかなる手段であっても本発明を適用することができる。例えば、復号されたシンボルの２値化データの発生事象が“０”である回数と、“１”である回数をカウントし、統計的に確率を算出するなどの方法であってもよい。
【００６０】
コンテキスト生成部４３は復号対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（復号対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているシンボル毎に割り当てられた遷移状態インデックスを格納するメモリ領域の中から、算術復号演算処理部４４により参照される状態遷移図を選択する処理を実施する。
【００６１】
算術復号演算処理部４４はＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部４３により選択されたＭＶＤ１に割り当てられた遷移状態記憶メモリ４１上のメモリ領域に記憶されている状態遷移インデックスと、確率テーブルメモリ４２により記憶されている確率テーブルを参照する）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号してから、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部４３により選択されたＣＢＰ１のシンボルに割り当てられた遷移状態記憶メモリ４１上のメモリ領域に記憶されている状態遷移インデックスと、確率テーブルメモリ４２により記憶されている確率テーブルを参照する）、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号するとともに、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを算術復号演算処理部４４が保持している状態遷移図に基づいて更新する処理を実施する。なお、算術復号演算処理部４４は算術復号演算処理手段を構成している。
【００６２】
状態リセット判定部４５は算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する処理を実施する。なお、状態リセット判定部４５は生起確率初期化手段を構成している。
逆２値化部４６は算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）を含む２値化データとＣＢＰ１（第２のシンボル）を含む２値化データを逆２値化して、復号結果として復号対象パラメータであるＭＶＤとＣＢＰを出力する処理を実施する。なお、逆２値化部４６は逆２値化手段を構成している。
【００６３】
図１０はこの発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
図１１はこの発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１の処理内容を示すフローチャートである。
【００６４】
次に動作について説明する。
この実施の形態４の算術復号装置は、図１の算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号して、画像を復号する装置である。
エントロピー復号部３１は、図１のエントロピー符号化部１１から送信された符号化データを受信すると、その符号化データから相関がある複数のパラメータを復号して出力する（図１０のステップＳＴ３１）。
即ち、エントロピー復号部３１は、図１のイントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトルの予測差分値である動きベクトル差分値、符号化制御部４から出力された量子化スケール、量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数情報（ＣＢＰを含む)及び選択スイッチ５に対する制御信号をエントロピー復号する。
エントロピー復号部３１の処理内容の詳細は後述する。
【００６５】
逆量子化変換部３２は、エントロピー復号部３１が量子化後の直交変換係数をエントロピー復号すると、量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、図１の減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を算出する（ステップＳＴ３２）。
イントラ予測画像生成部３３は、エントロピー復号部３１がイントラ予測の予測モードをエントロピー復号すると、そのイントラ予測の予測モードにしたがってイントラ予測（フレーム内予測）を実施することで、図１のイントラ予測部２により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する（ステップＳＴ３３）。
【００６６】
動き補償部３４は、エントロピー復号部３１が動きベクトルをエントロピー復号すると、その動きベクトルを用いて、フレームメモリ３７により格納されている参照画像に対する動き補償予測を実施することで、図１の動き補償予測部３により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する（ステップＳＴ３４）。
選択スイッチ３５は、エントロピー復号部３１が図１の選択スイッチ５に対する制御信号をエントロピー復号すると、その制御信号にしたがって、イントラ予測画像生成部３３又は動き補償部３４により生成された予測画像を選択する。
加算器３６は、逆量子化変換部３２により算出された予測誤差信号と選択スイッチ３５により選択された予測画像を加算して、図１の画像入力部１から出力されたマクロブロック画像に相当するマクロブロック画像をフレームメモリ３７に格納するとともに、そのマクロブロック画像を外部に出力する（ステップＳＴ３５）。
【００６７】
以下、エントロピー復号部３１の処理内容を具体的に説明する。
ここでは、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤを２値化した際の１ビット目の２値化データであるＭＶＤ１（第１のシンボル）、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データであるＣＢＰ１（第２のシンボル））をエントロピー復号するものを例として説明する。
コンテキスト生成部４３は、復号対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（復号対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているシンボル毎に遷移状態インデックスを格納するために遷移状態記憶メモリ４１上に割り当てられたメモリ領域の中から、算術復号演算処理部４４により参照されるメモリ領域を選択し、そのメモリ領域を識別するコンテキスト情報を生成する（図１１のステップＳＴ４１）。
【００６８】
算術復号演算処理部４４は、遷移状態記憶メモリ４２により記憶されているシンボル毎に割り当てられたメモリ領域のうち、コンテキスト生成部４３により生成されたコンテキスト情報が示す遷移状態記憶メモリ４１上の当該符号化対象シンボルに割り当てられているメモリ領域に格納されている遷移状態インデックスを参照する（ステップＳＴ４２）とともに、確率テーブルメモリ４２により記憶されている確率テーブル参照することで、復号対象シンボルの生起確率を特定する。（ステップＳＴ４３）
算術復号演算処理部４４は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定すると、その生起確率を参照して、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号する（ステップＳＴ４４）。
【００６９】
次に、算術復号演算処理部４４は、図２の算術符号化演算処理部２５と同様に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを状態遷移図に照らし合わせて、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の次の遷移状態インデックスを特定し、遷移状態記憶メモリ４１におけるＭＶＤ１に割り当てられているメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスを特定された次の遷移状態インデックスに更新する（ステップＳＴ４５）。
逆２値化部４６は、算術復号演算処理部４４がＭＶＤ１（第１のシンボル）を含む２値化データを算術復号すると、その２値化データを逆２値化して（ステップＳＴ４６）、復号パラメータとしてＭＶＤを出力する（ステップＳＴ４７）。
【００７０】
状態リセット判定部４５は、算術復号演算処理部４４がＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号すると、図２の状態リセット判定部２６と同様に、そのＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定する（ステップＳＴ４８）。
即ち、状態リセット判定部４５は、図５に示すように、下記の３つの条件を全て満足するとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定し（ステップＳＴ２４）、下記のいずれかの条件を満足しないとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていないと判定する（ステップＳＴ２５）。
【００７１】
条件
（１）算術復号演算処理部４４により今回更新される前のＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第１の閾値（例えば、０．８７５）以上である。
（２）算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データが劣勢シンボルＬＰＳである。
（３）算術復号演算処理部４４により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上である。
【００７２】
ここでは、算術復号演算処理部４４により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）のＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上であることも条件に含めているが、上記の条件（１）（２）だけで、定常状態が途切れているか否かを判定するようにしてもよい。この場合、多少判定精度が落ちるが、定常状態が途切れているか否かを少ない処理量で判定することができる。
【００７３】
状態リセット判定部４５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、図２の状態リセット判定部２６と同様に、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する（ステップＳＴ４９）。
【００７４】
算術復号演算処理部４４は、状態リセット判定部４５の判定処理が終了すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定する場合と同様にして、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
即ち、算術復号演算処理部４４は、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを参照し、確率テーブルメモリ４２により格納されている確率テーブルからＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
【００７５】
算術復号演算処理部４４は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号する場合と同様に、その生起確率を参照して、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号する。
算術復号演算処理部４４は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する場合と同様に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する。
逆２値化部４６は、算術復号演算処理部４４がＣＢＰ１（第２のシンボル）を含む２値化データを算術復号すると、その２値化データを逆２値化して、復号パラメータとしてＣＢＰを出力する。
【００７６】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を参照して、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号してから、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を参照して、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号するとともに、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する算術復号演算処理部４４を設け、状態リセット判定部４５が算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するように構成したので、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる効果を奏する。
【００７７】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、状態リセット判定部４５が算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するものについて示したが、上記実施の形態２の動画像符号化装置のように、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているとき、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データにおけるＭＰＳ（優勢シンボル）とＬＰＳ（劣勢シンボル）の意味付けが反転される場合、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化する代わりに、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データにおけるＭＰＳとＬＰＳの意味付けを反転するように動作する。
【００７８】
また、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを、ＬＰＳが１つ又は複数個きたときに遷移する遷移状態インデックスに強制的に遷移させるように動作する。
これらの場合も、上記実施の形態４と同様に、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる効果を奏する。
【００７９】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図であり、図において、図９と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
遷移状態記憶メモリ４７は図９の遷移状態記憶メモリ４１と同様に、復号対象の各シンボルの遷移状態インデックスを記憶している記録媒体であるが、図９の遷移状態記憶メモリ４１のように、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが状態リセット判定部４５によって初期化されるのではなく、例えば、動画像符号化装置のイントラ予測部２や動き補償予測部３から、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグ（状態遷移情報）を受信すると、算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する点で相違している。
なお、遷移状態記憶メモリ４７は、生起確率記憶手段及び生起確率初期化手段を構成している。
【００８０】
次に動作について説明する。
動画像符号化装置のイントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、過去に復号したブロックとは性質の異なるブロック（予測不能ブロックと呼ぶ）における予測画像を生成する際、予測不能ブロックを解析するので、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判別することができる。
イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグをエントロピー符号化部１１に出力する。
エントロピー符号化部１１は、複数のパラメータをエントロピー符号化するとともに、その遷移状態リセットフラグをエントロピー符号化する。
【００８１】
動画像復号装置におけるエントロピー復号部３１の遷移状態記憶メモリ４７は、動画像符号化装置から遷移状態リセットフラグを受信すると、算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する。
この場合、算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４７が、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていることを認識することができるので、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するだけでなく、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化する。
その他の処理内容は、上記実施の形態４と同様であるため説明を省略する。
【００８２】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグを受信すると、遷移状態記憶メモリ４７が算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態を初期化するように構成したので、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる効果を奏する。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
この発明に係る算術符号化装置、算術復号装置、算術符号化方法及び算術復号方法は、第２のシンボルの発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができるため、符号化対象のパラメータを算術符号化する算術符号化装置及び算術符号化方法と、復号対象のパラメータを算術復号する算術復号装置及び算術復号方法等に用いるのに適している。
【図１】
2010146782.tif 000003
【図２】
2010146782.tif 000004
【図３】
2010146782.tif 000005
【図４】
2010146782.tif 000006
【図５】
2010146782.tif 000007
【図６】
2010146782.tif 000008
【図７】
2010146782.tif 000009
【図８】
2010146782.tif 000010
【図９】
2010146782.tif 000011
【図１０】
2010146782.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2010146782.tif 000014
【図１３】
2010146782.tif 000015
【図１４】
2010146782.tif 000016
【図１５】
2010146782.tif 000017
【図１６】
2010146782.tif 000018
【図１７】
2010146782.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成24年3月7日(2012.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像を圧縮符号化して伝送するに際して、符号化対象のパラメータを算術符号化する算術符号化装置と、復号対象のパラメータを算術復号する算術復号装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＩＴＵ−Ｔ（国際電気通信連合電気通信標準化部門）によって勧告されているＨ．２６４動画像符号化方式で用いられている算術符号化装置では、符号化対象のパラメータの符号化を行う際に当該符号化対象パラメータを２値化データに変換し、それぞれの２値化データを符号化対象シンボルとして算術符号化する。算術符号化においては、各シンボルにおける２値化データが０と１のうち発生頻度の高いと想定される事象をＭＰＳ（Ｍｏｓｔ  Ｐｒｏｂａｂｌｅ  Ｓｙｍｂｏｌ：発生しやすいシンボル＝優勢シンボル）、そうでない事象をＬＰＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｐｒｏｂａｂｌｅ  Ｓｙｍｂｏｌ：発生しにくいシンボル＝劣勢シンボル）とし、ＭＰＳの発生する確率である「生起確率」に応じて算術符号化演算処理が行われる。
ここで、各符号化シンボルにおける生起確率は異なるため、シンボル毎に生起確率を別々のメモリに記憶している。前記Ｈ．２６４動画像符号化方式では、約１０００種類の生起確率を保持するよう構成されている。
また、算術符号化装置は、シンボルの生起確率を参照して、当該シンボルの２値化データを算術符号化すると、当該シンボルの生起確率を更新する。
【０００３】
即ち、算術符号化装置は、符号化効率の向上を図るため、発生事象であるシンボルがＭＰＳであれば、当該シンボルの生起確率を高める方向に変更する（生起確率の学習を行う）。
一方、発生事象であるシンボルがＬＰＳであれば、当該シンボルの生起確率を低める方向に変更する（生起確率の学習を行う）。
【０００４】
また、Ｈ．２６４の算術符号化装置では、生起確率の状態遷移図を使用することにより各シンボルの生起確率を記憶するメモリの容量や、各シンボルの生起確率を学習する際の演算量を削減することができる。
ここで、図１３は算術符号化装置が使用する生起確率の状態遷移図の一例を示す説明図である。
また、図１４は各状態における確率を表現する値を示す説明図である。
図１３及び図１４において、ｐＳｔａｔｅＩｄｘは遷移状態インデックス、ｔｒａｎｓＩｄｒＬＰＳは発生事象であるシンボルがＬＰＳであるときの次の状態の遷移状態インデックス、ｔｒａｎｓＩｄｒＭＰＳは発生事象であるシンボルがＭＰＳであるときの次の状態の遷移状態インデックスを示している。
また、ｑＣｏｄＩＲａｎｇｅＩｄｘは確率を表現する値であり、図１４の例では、生起確率の逆数を近似した値である。
【０００５】
図１５は算術符号化装置における算術符号化の原理を示す説明図である。
図１５では、ＭＰＳ＝０、ＭＰＳの発生する確率が０．７５、ＬＰＳの発生する確率が０．２５であるときに、入力バイナリ列“０００１”が算術符号化され、“０１１”の出力バイナリに算術符号化されている例を示している。
【０００６】
図１６は符号化対象の動画像を示す説明図である。
図１６の動画像では、自動車が左向きに進行しており、図中、太枠のブロックでは、符号化順（ラスタスキャン順）で前ブロックまでは背景だけであったが、当該ブロックでは運転者の頭部が進入してきているので、前ブロックまでとは性質が異なるブロックとなっている。
図１７は、特定の符号化対象シンボルとして例えばブロックの動き情報を示す符号化パラメータであるＭＶＤ（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：動きベクトル差分値）を２値化した際の先頭の２値データである第一のシンボルと、ブロックに直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ Ｐａｔｔｅｒｎ：符号化ブロックパターン）を２値化した際の先頭の２値データである第二のシンボルに着目しそのブロックごとの情報量を図示したものである。
ここで動きが大きいところでは直交変換係数も発生しやすく、動きが少ないところでは直交変換係数も発生しにくいことから、前記第一のシンボルと第二のシンボルのＭＰＳの発生確率には相関関係がある。
図１７より、先頭から数ブロックの間は背景画像という性質が同じブロックが符号化されるため、発生するシンボルは常にＭＰＳとなり生起確率の学習効果によって徐々にシンボルごとの発生情報量が減少していく。
このように生起確率の学習が十分行われた状態で図中太枠のブロックように性質の異なるブロックの算術符号化を行うと、シンボルによっては発生事象がＬＰＳとなり、例えば図１７に示すように、符号化対象のシンボルの発生情報量が急激に増加する。
【０００７】
例えば、以下の特許文献１に開示されている算術符号化装置では、エラー耐性強化および符号化効率改善のためにスライスの先頭で量子化スケールを元に所定の数式を用いて各シンボルの生起確率（遷移状態インデックス）を初期化し、スライス内で各シンボルの発生事象に応じて生起確率が学習されていく（状態遷移していく）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第４２１１８７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の算術符号化装置は以上のように構成されているので、スライスの途中でシンボルの発生情報量が急激に増加する場合にその変化に追従することができず、相関のある他のシンボルの発生情報量も増加してしまい、その結果全体の符号量が増加してしまうという課題があった。
【００１０】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、シンボルの発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる算術符号化装置と、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる算術復号装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係る算術符号化装置は、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化演算処理手段を設け、生起確率初期化手段が２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段とを備え、上記生起確率初期化手段は、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、かつ、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が所定の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化演算処理手段を設け、生起確率初期化手段が２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段とを備え、上記生起確率初期化手段は、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、かつ、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が所定の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定するように構成したので、第２のシンボルの発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１の処理内容を示すフローチャートである。
【図５】エントロピー符号化部１１における状態リセット判定部２６の判定処理を示すフローチャートである。
【図６】相関がある２つのシンボルの発生情報量の変動を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態３による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１の処理内容を示すフローチャートである。
【図１２】この発明の実施の形態６による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図である。
【図１３】算術符号化装置が使用する生起確率の状態遷移図の一例を示す説明図である。
【図１４】各状態における確率を表現する値を示す説明図である。
【図１５】算術符号化装置における算術符号化の原理を示す説明図である。
【図１６】符号化対象の動画像を示す説明図である。
【図１７】相関がある２つのシンボルの発生情報量の変動を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置を示す構成図である。
図１において、画像入力部１は符号化対象の動画像を入力し、その動画像をマクロブロック単位に分割して、分割後の各マクロブロックの画像（以下、「マクロブロック画像」と称する）を出力する処理を実施する。
イントラ予測部２はイントラ予測を実施することで、後述するフレームメモリ１０に格納された局部復号画像から予測画像を生成するとともに、イントラ予測の予測モードをエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
【００１５】
動き補償予測部３は画像入力部１から出力されたマクロブロック画像とフレームメモリ１０により格納されている参照画像から動きベクトルを検出し、その動きベクトルを用いて当該参照画像に対する動き補償予測を実施することで、予測画像を生成するとともに、その動きベクトルをエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
符号化制御部４は選択スイッチ５を制御するとともに、その選択スイッチ５に対する制御信号及び量子化スケールをエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
選択スイッチ５は符号化制御部４から出力された制御信号にしたがって、イントラ予測部２により生成された予測画像又は動き補償予測部３により生成された予測画像のうち、予測精度が高い方の予測画像を選択する処理を実施する。
【００１６】
減算器６は画像入力部１から出力されたマクロブロック画像と選択スイッチ５により選択された予測画像の差分画像である予測誤差信号を算出し、その予測誤差信号を量子化変換部７に出力する処理を実施する。
量子化変換部７は減算器６から出力された予測誤差信号を直交変換して、その予測誤差信号の直交変換係数を量子化し、量子化後の直交変換係数を逆量子化変換部８及びエントロピー符号化部１１に出力する処理を実施する。
【００１７】
逆量子化変換部８は量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を加算器９に出力する処理を実施する。
加算器９は選択スイッチ５により選択された予測画像と逆量子化変換部８から出力された予測誤差信号を加算して、局部復号画像を生成する処理を実施する。
フレームメモリ１０は加算器９により生成された局部復号画像を参照画像として格納する記録媒体である。
【００１８】
エントロピー符号化部１１は、この発明の実施の形態１による算術符号化装置であり、符号化対象のパラメータ（相関がある複数のパラメータ：例えば、マクロブロックタイプ、動きベクトル差分値、輝度フレーム内予測モード、色差フレーム内予測モード、ＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ  Ｐａｔｔｅｒｎ）、差分量子化パラメータなど）をエントロピー符号化して、符号化データを出力する処理を実施する。
図１の例では、符号化対象のパラメータとして、イントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトル、符号化制御部４から出力された量子化スケール・制御信号及び量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数情報（ＣＢＰを含む）をエントロピー符号化している。
【００１９】
図２はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図である。
図２では、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤ（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｖｅｃｔｏｒ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ：動きベクトル差分値）を２値化した際の第１ビット目の２値化データ（第１のシンボル）、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データ（第２のシンボル））をエントロピー符号化するものとして説明する。
ただし、エントロピー符号化部１１がエントロピー符号化する符号化対象のパラメータの個数は２個に限るものではなく、３個以上でもよいことは言うまでもない。
また、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目に限るものではなく、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目ではない２値化データやＭＶＤ以外の符号化パラメータの２値化データ、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目ではない２値化データやＣＢＰ以外の符号化パラメータの２値化データであってもよいことは言うまでもない。
【００２０】
図２において、遷移状態記憶メモリ２１は符号化対象の各シンボルの状態遷移図における遷移状態インデックス（図１３を参照）を記憶している記録媒体である。
確率テーブルメモリ２２は各状態における生起確率を示す確率テーブル（図１４を参照：図１４の確率テーブルは、生起確率の逆数の近似値を格納している）を記憶している記録媒体である。
なお、遷移状態記憶メモリ２１及び確率テーブルメモリ２２から生起確率記憶手段が構成されている。
また、従来のＨ．２６４では、図１３の状態遷移図や図１４の確率テーブルを使用することにより生起確率を更新・記憶しているが、これに限らず、生起確率を更新・記憶する手段であれば、いかなる手段であっても本発明を適用することができる。例えば、符号化対象となるシンボルの２値化データの発生事象が“０”である回数と、“１”である回数をカウントし、統計的に確率を算出するなどの方法であってもよい。
【００２１】
コンテキスト生成部２３は符号化対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（符号化対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているシンボル毎に割り当てられた遷移状態インデックスを格納するメモリ領域の中から、算術符号化演算処理部２５により参照されるメモリ領域を選択する処理を実施する。
２値化部２４は符号化対象のパラメータであるＭＶＤとＣＢＰを２値化して、それぞれの２値化データを出力する処理を実施する。なお、２値化部２４は２値化手段を構成している。
【００２２】
算術符号化演算処理部２５はＭＶＤの第１ビット目（以後「ＭＶＤ１」と記す＝第１のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部２３により選択されたＭＶＤ１に割り当てられたメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスと、確率テーブルメモリ２２により記憶されている確率テーブルを参照する）、２値化部２４から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、ＣＢＰの第１ビット目（以後「ＣＢＰ１」と記す＝第２のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部２３により選択されたＣＢＰ１のシンボルに割り当てられたメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスと、確率テーブルメモリ２２により記憶されている確率テーブルを参照する）、２値化部２４から出力されたＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化するとともに、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを算術符号化演算処理部２５が保持している状態遷移図に基づいて更新する処理を実施する。なお、算術符号化演算処理部２５は算術符号化演算処理手段を構成している。
【００２３】
状態リセット判定部２６は２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する処理を実施する。なお、状態リセット判定部２６は生起確率初期化手段を構成している。
【００２４】
図３はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置が実装されている動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
図４はこの発明の実施の形態１による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１の処理内容を示すフローチャートである。
図５はエントロピー符号化部１１における状態リセット判定部２６の判定処理を示すフローチャートである。
【００２５】
次に動作について説明する。
画像入力部１は、符号化対象の動画像を入力すると、その動画像をマクロブロック単位に分割して、分割後の各マクロブロックの画像をマクロブロック画像として出力する（図３のステップＳＴ１）。
減算器６は、画像入力部１からマクロブロック画像が出力され、選択スイッチ５から予測画像が出力されると、そのマクロブロック画像と予測画像の差分画像である予測誤差信号を算出し、その予測誤差信号を量子化変換部７に出力する（ステップＳＴ２）。
【００２６】
量子化変換部７は、減算器６から予測誤差信号を受けると、その予測誤差信号を直交変換して、その予測誤差信号の直交変換係数を量子化し、量子化後の直交変換係数を逆量子化変換部８及びエントロピー符号化部１１に出力する（ステップＳＴ３）。
逆量子化変換部８は、量子化変換部７から量子化後の直交変換係数を受けると、量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を加算器９に出力する（ステップＳＴ４）。
【００２７】
イントラ予測部２は、画像入力部１からマクロブロック画像を受けると、イントラ予測（フレーム内予測）を実施することで、フレームメモリに格納されている参照画像から予測画像を生成するとともに、イントラ予測の予測モードをエントロピー符号化部１１に出力する（ステップＳＴ５）。
動き補償予測部３は、画像入力部１からマクロブロック画像を受けると、そのマクロブロック画像とフレームメモリ１０により格納されている参照画像から動きベクトルを検出し、その動きベクトルを用いて当該参照画像に対する動き補償予測を実施することで、予測画像を生成するとともに、その動きベクトルをエントロピー符号化部１１に出力する（ステップＳＴ６）。
【００２８】
符号化制御部４は、マクロブロックモードを判定し（ステップＳＴ７）、イントラ予測部２により生成された予測画像又は動き補償予測部３により生成された予測画像のうち、予測精度が高い方の予測画像の選択を指示する制御信号を選択スイッチ５に出力するとともに、その制御信号と量子化スケールをエントロピー符号化部１１に出力する。
選択スイッチ５は、符号化制御部４から出力された制御信号にしたがって、イントラ予測部２により生成された予測画像又は動き補償予測部３により生成された予測画像を選択し、その選択した予測画像を減算器６に出力する。
【００２９】
エントロピー符号化部１１は、符号化対象のパラメータ（相関がある複数のパラメータ：例えば、マクロブロックタイプ、動きベクトル差分値、輝度フレーム内予測モード、色差フレーム内予測モード、ＣＢＰ（Ｃｏｄｅｄ  Ｂｌｏｃｋ  Ｐａｔｔｅｒｎ）、差分量子化パラメータなど）をエントロピー符号化して、符号化データを出力する（ステップＳＴ８）。
図１の例では、符号化対象のシンボルとして、イントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトル、符号化制御部４から出力された量子化スケール及び量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数情報（ＣＢＰを含む）をエントロピー符号化している。
また、図１の例では、選択スイッチ５に対する制御信号もエントロピー符号化している。
【００３０】
以下、エントロピー符号化部１１の処理内容を具体的に説明する。
ここでは、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤを２値化した際の第１ビット目の２値化データ（ＭＶＤ１＝第１のシンボル））、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データ（ＣＢＰ１＝第２のシンボル））をエントロピー符号化するものを例として説明する。
エントロピー符号化部１１の２値化部２４は、符号化対象のパラメータとして、ＭＶＤとＣＢＰを入力すると、そのＭＶＤとＣＢＰを２値化して、そのＭＶＤ１とＣＢＰ１を含む２値化データを算術符号化演算処理部２５及び状態リセット判定部２６に出力する（図４のステップＳＴ１１）。
【００３１】
コンテキスト生成部２３は、符号化対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（符号化対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているシンボル毎に割り当てられた遷移状態インデックスを格納するメモリ領域の中から、算術符号化演算処理部２５により参照されるメモリ領域を選択し、そのメモリ領域を識別するコンテキスト情報を生成する（ステップＳＴ１２）。
【００３２】
算術符号化演算処理部２５は、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているシンボル毎に割り当てられたメモリ領域のうち、コンテキスト生成部２３により生成されたコンテキスト情報が示す遷移状態記憶メモリ２１上の当該符号化対象シンボルに割り当てられているメモリ領域に格納されている遷移状態インデックスを参照する（ステップＳＴ１３）とともに、確率テーブルメモリ２２により記憶されている確率テーブルを参照することで、符号化対象シンボルの生起確率を特定する（ステップＳＴ１４）。
算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定すると、その生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１の２値化データを算術符号化する（ステップＳＴ１５）。
次に、算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを状態遷移図に照らし合わせて、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の次の遷移状態インデックスを特定し、遷移状態記憶メモリ２１におけるＭＶＤ１に割り当てられているメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスを特定された次の遷移状態インデックスに更新する。（ステップＳＴ１６）。
【００３３】
例えば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが“７”であるとき、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データがＭＰＳ（優勢シンボル）であれば、次の遷移状態インデックスを“８”であると特定する（図１３を参照）。
一方、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが“７”であるとき、ＭＶＤ１（第１のシンボル）が２値化データがＬＰＳ（劣勢シンボル）であれば、次の遷移状態インデックスを“５”であると特定する（図１３を参照）。
【００３４】
つまり算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術符号化すると、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを更新する。
算術符号化演算処理部２５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを更新すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの算術符号化結果である符号化データを出力する（ステップＳＴ１７）。
【００３５】
状態リセット判定部２６は、算術符号化演算処理部２５がＭＶＤ１（第１のシンボル）に係る符号化データを出力すると、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化演算処理が行われる前に、そのＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定する（ステップＳＴ１８）。
即ち、状態リセット判定部２６は、図５に示すように、下記の３つの条件を全て満足するとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定し（ステップＳＴ２４）、下記のいずれかの条件を満足しないとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていないと判定する（ステップＳＴ２５）。
【００３６】
条件
（１）算術符号化演算処理部２５により今回更新される前のＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第１の閾値（例えば、０．８７５）以上である。
（２）２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データが劣勢シンボルＬＰＳである。
（３）算術符号化演算処理部２５により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上である。
【００３７】
ここでは、算術符号化演算処理部２５により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）のＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上であることも条件に含めているが、上記の条件（１）（２）だけで、定常状態が途切れているか否かを判定するようにしてもよい。この場合、多少判定精度が落ちるが、定常状態が途切れているか否かを少ない処理量で判定することができる。
【００３８】
状態リセット判定部２６は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化演算処理が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する（ステップＳＴ１９）。
例えば、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期値（例えば、遷移状態インデックス“０”や、遷移状態インデックス＝“ｎ”（ｎは任意の値））にリセットすることで、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を初期値（例えば、“０．５”や“ｘ”（ｘは任意の値））にリセットする。
【００３９】
算術符号化演算処理部２５は、状態リセット判定部２６の判定処理が終了すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定する場合と同様にして、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
即ち、算術符号化演算処理部２５は、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを参照し、確率テーブルメモリ２２により格納されている確率テーブルからＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
【００４０】
算術符号化演算処理部２５は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術符号化する場合と同様に、その生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化する。
算術符号化演算処理部２５は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する場合と同様に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する。
算術符号化演算処理部２５は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新すると、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化結果である符号化データを出力する。
【００４１】
ただし、状態リセット判定部２６によりＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定された場合には、上述したように、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスが初期値にリセットされているので、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れることで、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の発生情報量が急激に増加しても、ＭＶＤ１（第１のシンボル）と相関があるＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量の増加が抑制される。
【００４２】
ここで、図６は相関がある２つのシンボルの発生情報量の変動を示す説明図である。
図６の例では、予測不能ブロックを符号化する際、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れることで、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の発生情報量が急激に増加しているが、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが初期値にリセットされることで、ＭＶＤ１（第１のシンボル）と相関があるＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量の増加が抑制されていることを示している。
因みに、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスが初期値にリセットされない場合、図１７に示すように、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量が急激に増加する。
【００４３】
この実施の形態１では、ＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）が、相関があるシンボルとして実施した例を示しているが、以下、相関があるシンボルについて簡単に説明する。
例えば、Ｈ．２６４では、マクロブロックの符号化モードを特定するマクロブロックモード（フレーム内予測を用いるか、フレーム間予測を用いるか、フレーム内予測の単位を４×４・８×８・１６×１６画像のどれにするか、動きベクトルを送信する単位を１６×１６・１６×８・８×１６・８×８それ以下のどれにするかなどを示す情報）、マクロブロック内は全て予測値だけで再構成するスキップモードであるか否かを特定するスキップフラグ、動きを特定する差分動きベクトル（動きベクトルの予測値と実際の動きベクトルの差分値）、予測差分情報のブロック毎の有無を示すＣＢＰ、輝度信号のフレーム内予測モード、色差信号のフレーム内予測モード、前のマクロブロックとの量子化パラメータの差である差分量子化パラメータ、予測誤差信号の直交変換係数などの符号化パラメータをマクロブロックデータとして符号化する。
【００４４】
画面の背景部分など、動きやテクスチャの変化が少ない部分では、予測が当り易いので、スキップモードを選択する確率が高くなる。さらに動きやテクスチャの変化が少ないので、フレーム内予測や動き予測に関してはブロックサイズが大きくなる傾向が高くなるため、マクロブロックモードとしては、１６×１６画素単位の処理を行うモードが選択される確率が高くなる。
また、画像信号に変化がないので、差分動きベクトルは０になる確率が高くなる。ＣＢＰも予測差分情報が発生し難いことから、０になる確率が高くなる。
フレーム内予測モードは、輝度も色差も、どの予測モードでもあまり変わらないので、隣接するブロックと同じ値になる確率が高くなる。差分量子化パラメータも変化がないので、０になる確率が高くなる。
【００４５】
一方、動く物体を含むマクロブロックや、テクスチャが複雑なマクロブロックでは、スキップモードを選択しない確率が高くなる。動きやテクスチャの変化に応じて予測画素をきめ細かに生成した方が符号化の効率がよくなるため、マクロブロックタイプはブロックサイズが小さくなる確率が高くなる。また、差分動きベクトルは当然０でない値になる確率が高くなる。
フレーム内予測モードもテクスチャに応じて様々なモードが選択される確率が高くなる。
差分量子化パラメータも、符号量を抑えるため量子化パラメータを大きい値に変化させるために０でなくなる確率が高くなる。
【００４６】
したがって、マクロブロックモード、スキップフラグ、動きベクトル差分値、ＣＢＰ、輝度フレーム内予測モード、色差フレーム内予測モード、差分量子化パラメータなどの符号化パラメータを２値化した場合の各２値化データは、第１のシンボルとして、いずれか１つを選んだ場合に、他のシンボルの１つ又は複数を第２のシンボルとして、本発明を適用すれば、第１のシンボルも第２のシンボルもＭＰＳの確率が高い状態が継続している場合に、第１のシンボルがＬＰＳに変化すると、第２のシンボルも同時にＬＰＳに変化する可能性が高くなるため、第２のシンボルの生起確率を初期化することにより、第２のシンボルの情報発生量を抑制することができ、符号化効率が高い符号化を実現することができる。
【００４７】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術符号化してから、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を参照して、２値化部２４から出力されたＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術符号化するとともに、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する算術符号化演算処理部２５を設け、状態リセット判定部２６が２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するように構成したので、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる効果を奏する。
【００４８】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、状態リセット判定部２６が２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術符号化演算処理部２５によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するものについて示したが、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている場合、遷移状態記憶メモリ２１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化する代わりに、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データにおけるＭＰＳ（優勢シンボル）とＬＰＳ（劣勢シンボル）の意味付けを反転するようにしてもよい。
【００４９】
また、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを、ＬＰＳ（劣勢シンボル）が１つ又は複数個きたときに遷移する遷移状態インデックスに強制的に遷移させるようにしてよい。この場合にはＭＰＳとＬＰＳの意味付けを反転するほどの効果は得られないが、状態遷移図を用いて更新する処理を流用できるため回路規模を増加させなくて済むことができる。
これらの場合も、上記実施の形態１と同様に、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる。
【００５０】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３による算術符号化装置であるエントロピー符号化部１１を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
遷移状態記憶メモリ２７は図２の遷移状態記憶メモリ２１と同様に、符号化対象の各シンボルの、各シンボルの現在の遷移状態インデックスを記憶している記録媒体であるが、図２の遷移状態記憶メモリ２１のように、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが状態リセット判定部２６によって初期化されるのではなく、例えば、イントラ予測部２や動き補償予測部３から、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグ（状態遷移情報）を受信すると、算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する点で相違している。
なお、遷移状態記憶メモリ２７は、生起確率記憶手段及び生起確率初期化手段を構成している。
【００５１】
次に動作について説明する。
イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、過去に符号化したブロックと性質の異なるブロック（予測不能ブロックと呼ぶ）における予測画像を生成する際、予測不能ブロックを解析するので、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判別することができる。
イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグをエントロピー符号化部１１の遷移状態記憶メモリ２７に出力する。
【００５２】
遷移状態記憶メモリ２７は、イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）から遷移状態リセットフラグを受信すると、算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する。
この場合、算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、遷移状態記憶メモリ２７が、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていることを認識することができるので、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化するだけでなく、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスも初期化する。
その他の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００５３】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、２値化部２４から出力されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグを受信すると、遷移状態記憶メモリ２７が算術符号化演算処理部２５によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術符号化が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化するように構成したので、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の発生情報量を速やかに抑制して、符号化効率を高めることができる効果を奏する。
【００５４】
実施の形態４．
図８はこの発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置を示す構成図である。
図８において、エントロピー復号部３１は、この発明の実施の形態４による算術復号装置であり、図１のエントロピー符号化部１１から送信された符号化データを受信すると、その符号化データから、例えば、マクロブロックの符号化モードを特定するマクロブロックモード（フレーム内予測を用いるか、フレーム間予測を用いるか、フレーム内予測の単位を４×４・８×８・１６×１６画像のどれにするか、動きベクトルを送信する単位を１６×１６・１６×８・８×１６・８×８それ以下のどれにするかなどを示す情報）、マクロブロック内は全て予測値だけで再構成するスキップモードであるか否かを特定するスキップフラグ、動きを特定する差分動きベクトル（動きベクトルの予測値と実際の動きベクトルの差分値）、予測差分情報のブロック毎の有無を示すＣＢＰ、輝度信号のフレーム内予測モード、色差信号のフレーム内予測モード、前のマクロブロックとの量子化パラメータの差である差分量子化パラメータ、予測誤差信号の直交変換係数などをエントロピー復号して復号パラメータとして出力する処理を実施する。
図８の例では、復号対象のパラメータとして、イントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトル、符号化制御部４から出力された量子化スケール及び量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数をエントロピー復号している。
また、図８の例では、選択スイッチ５に対する制御信号もエントロピー復号している。
【００５５】
逆量子化変換部３２はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号された量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、図１の減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を算出する処理を実施する。
イントラ予測画像生成部３３はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号されたイントラ予測の予測モードにしたがってイントラ予測を実施することで、図１のイントラ予測部２により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する処理を実施する。
【００５６】
動き補償部３４はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号された動きベクトルを用いて、フレームメモリ３７により格納されている参照画像に対する動き補償予測を実施することで、図１の動き補償予測部３により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する処理を実施する。
選択スイッチ３５はエントロピー復号部３１によりエントロピー復号された図１の選択スイッチ５に対する制御信号にしたがって、イントラ予測画像生成部３３又は動き補償部３４により生成された予測画像を選択する処理を実施する。
【００５７】
加算器３６は逆量子化変換部３２により算出された予測誤差信号と選択スイッチ３５により選択された予測画像を加算して、図１の画像入力部１から出力されたマクロブロック画像に相当するマクロブロック画像を出力する処理を実施する。
フレームメモリ３７は加算器３６により生成されたマクロブロック画像を参照画像として格納する記録媒体である。
【００５８】
図９はこの発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図である。
図９では、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤを２値化した際の１ビット目の２値化データであるＭＶＤ１（第１のシンボル）、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データであるＣＢＰ１（第２のシンボル））をエントロピー復号するものとして説明する。
ただし、エントロピー復号部３１がエントロピー復号する復号対象のパラメータの個数は２個に限るものではなく、３個以上でもよいことは言うまでもない。
また、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目に限るものではなく、第１のシンボルがＭＶＤの１ビット目ではない２値化データやＭＶＤ以外の符号化パラメータの２値化データ、第２のシンボルがＣＢＰの１ビット目ではない２値化データやＣＢＰ以外の符号化パラメータの２値化データであってもよいことは言うまでもない。
【００５９】
図９において、遷移状態記憶メモリ４１は図２の遷移状態記憶メモリ２１と同様に、各シンボルの状態遷移図における遷移状態インデックスを記憶している記録媒体である。
確率テーブルメモリ４２は図２の確率テーブルメモリ２２と同様に、各状態における生起確率を示す確率テーブル（図１４を参照：図１４の確率テーブルは、生起確率の逆数の近似値を格納している）を記憶している記録媒体である。
なお、遷移状態記憶メモリ４１及び確率テーブルメモリ４２から生起確率記憶手段が構成されている。
また、従来のＨ．２６４では、図１３の状態遷移図や図１４の確率テーブルを使用することにより生起確率を更新・記憶しているが、これに限らず、生起確率を更新・記憶する手段であれば、いかなる手段であっても本発明を適用することができる。例えば、復号されたシンボルの２値化データの発生事象が“０”である回数と、“１”である回数をカウントし、統計的に確率を算出するなどの方法であってもよい。
【００６０】
コンテキスト生成部４３は復号対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（復号対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているシンボル毎に割り当てられた遷移状態インデックスを格納するメモリ領域の中から、算術復号演算処理部４４により参照される状態遷移図を選択する処理を実施する。
【００６１】
算術復号演算処理部４４はＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部４３により選択されたＭＶＤ１に割り当てられた遷移状態記憶メモリ４１上のメモリ領域に記憶されている状態遷移インデックスと、確率テーブルメモリ４２により記憶されている確率テーブルを参照する）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号してから、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を参照して（コンテキスト生成部４３により選択されたＣＢＰ１のシンボルに割り当てられた遷移状態記憶メモリ４１上のメモリ領域に記憶されている状態遷移インデックスと、確率テーブルメモリ４２により記憶されている確率テーブルを参照する）、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号するとともに、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを算術復号演算処理部４４が保持している状態遷移図に基づいて更新する処理を実施する。なお、算術復号演算処理部４４は算術復号演算処理手段を構成している。
【００６２】
状態リセット判定部４５は算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する処理を実施する。なお、状態リセット判定部４５は生起確率初期化手段を構成している。
逆２値化部４６は算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）を含む２値化データとＣＢＰ１（第２のシンボル）を含む２値化データを逆２値化して、復号結果として復号対象パラメータであるＭＶＤとＣＢＰを出力する処理を実施する。なお、逆２値化部４６は逆２値化手段を構成している。
【００６３】
図１０はこの発明の実施の形態４による算術復号装置が実装されている動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
図１１はこの発明の実施の形態４による算術復号装置であるエントロピー復号部３１の処理内容を示すフローチャートである。
【００６４】
次に動作について説明する。
この実施の形態４の算術復号装置は、図１の算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号して、画像を復号する装置である。
エントロピー復号部３１は、図１のエントロピー符号化部１１から送信された符号化データを受信すると、その符号化データから相関がある複数のパラメータを復号して出力する（図１０のステップＳＴ３１）。
即ち、エントロピー復号部３１は、図１のイントラ予測部２から出力された予測モード、動き補償予測部３により検出された動きベクトルの予測差分値である動きベクトル差分値、符号化制御部４から出力された量子化スケール、量子化変換部７から出力された量子化後の直交変換係数情報（ＣＢＰを含む)及び選択スイッチ５に対する制御信号をエントロピー復号する。
エントロピー復号部３１の処理内容の詳細は後述する。
【００６５】
逆量子化変換部３２は、エントロピー復号部３１が量子化後の直交変換係数をエントロピー復号すると、量子化後の直交変換係数を逆量子化して、逆量子化後の直交変換係数を逆直交変換することで、図１の減算器６から出力された予測誤差信号に相当する予測誤差信号を算出する（ステップＳＴ３２）。
イントラ予測画像生成部３３は、エントロピー復号部３１がイントラ予測の予測モードをエントロピー復号すると、そのイントラ予測の予測モードにしたがってイントラ予測（フレーム内予測）を実施することで、図１のイントラ予測部２により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する（ステップＳＴ３３）。
【００６６】
動き補償部３４は、エントロピー復号部３１が動きベクトルをエントロピー復号すると、その動きベクトルを用いて、フレームメモリ３７により格納されている参照画像に対する動き補償予測を実施することで、図１の動き補償予測部３により生成された予測画像に相当する予測画像を生成する（ステップＳＴ３４）。
選択スイッチ３５は、エントロピー復号部３１が図１の選択スイッチ５に対する制御信号をエントロピー復号すると、その制御信号にしたがって、イントラ予測画像生成部３３又は動き補償部３４により生成された予測画像を選択する。
加算器３６は、逆量子化変換部３２により算出された予測誤差信号と選択スイッチ３５により選択された予測画像を加算して、図１の画像入力部１から出力されたマクロブロック画像に相当するマクロブロック画像をフレームメモリ３７に格納するとともに、そのマクロブロック画像を外部に出力する（ステップＳＴ３５）。
【００６７】
以下、エントロピー復号部３１の処理内容を具体的に説明する。
ここでは、２つのシンボル（動きベクトル差分値を示す符号化パラメータであるＭＶＤを２値化した際の１ビット目の２値化データであるＭＶＤ１（第１のシンボル）、ブロック内に非零直交変換係数が存在するか否かを示す符号化パラメータであるＣＢＰを２値化した際の第１ビット目の２値化データであるＣＢＰ１（第２のシンボル））をエントロピー復号するものを例として説明する。
コンテキスト生成部４３は、復号対象のシンボルを識別する種別信号と周辺ブロック（復号対象のマクロブロックの周辺に存在しているマクロブロック）の情報を参照して、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているシンボル毎に遷移状態インデックスを格納するために遷移状態記憶メモリ４１上に割り当てられたメモリ領域の中から、算術復号演算処理部４４により参照されるメモリ領域を選択し、そのメモリ領域を識別するコンテキスト情報を生成する（図１１のステップＳＴ４１）。
【００６８】
算術復号演算処理部４４は、遷移状態記憶メモリ４２により記憶されているシンボル毎に割り当てられたメモリ領域のうち、コンテキスト生成部４３により生成されたコンテキスト情報が示す遷移状態記憶メモリ４１上の当該符号化対象シンボルに割り当てられているメモリ領域に格納されている遷移状態インデックスを参照する（ステップＳＴ４２）とともに、確率テーブルメモリ４２により記憶されている確率テーブル参照することで、復号対象シンボルの生起確率を特定する。（ステップＳＴ４３）
算術復号演算処理部４４は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定すると、その生起確率を参照して、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号する（ステップＳＴ４４）。
【００６９】
次に、算術復号演算処理部４４は、図２の算術符号化演算処理部２５と同様に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを状態遷移図に照らし合わせて、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の次の遷移状態インデックスを特定し、遷移状態記憶メモリ４１におけるＭＶＤ１に割り当てられているメモリ領域に記憶されている遷移状態インデックスを特定された次の遷移状態インデックスに更新する（ステップＳＴ４５）。
逆２値化部４６は、算術復号演算処理部４４がＭＶＤ１（第１のシンボル）を含む２値化データを算術復号すると、その２値化データを逆２値化して（ステップＳＴ４６）、復号パラメータとしてＭＶＤを出力する（ステップＳＴ４７）。
【００７０】
状態リセット判定部４５は、算術復号演算処理部４４がＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号すると、図２の状態リセット判定部２６と同様に、そのＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定する（ステップＳＴ４８）。
即ち、状態リセット判定部４５は、図５に示すように、下記の３つの条件を全て満足するとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定し（ステップＳＴ２４）、下記のいずれかの条件を満足しないとき（ステップＳＴ２１〜ＳＴ２３）、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていないと判定する（ステップＳＴ２５）。
【００７１】
条件
（１）算術復号演算処理部４４により今回更新される前のＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第１の閾値（例えば、０．８７５）以上である。
（２）算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データが劣勢シンボルＬＰＳである。
（３）算術復号演算処理部４４により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスにより特定されるＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上である。
【００７２】
ここでは、算術復号演算処理部４４により今回更新される前のＣＢＰ１（第２のシンボル）のＭＰＳの生起確率が第２の閾値（例えば、０．７５）以上であることも条件に含めているが、上記の条件（１）（２）だけで、定常状態が途切れているか否かを判定するようにしてもよい。この場合、多少判定精度が落ちるが、定常状態が途切れているか否かを少ない処理量で判定することができる。
【００７３】
状態リセット判定部４５は、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、図２の状態リセット判定部２６と同様に、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する（ステップＳＴ４９）。
【００７４】
算術復号演算処理部４４は、状態リセット判定部４５の判定処理が終了すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を特定する場合と同様にして、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
即ち、算術復号演算処理部４４は、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを参照し、確率テーブルメモリ４２により格納されている確率テーブルからＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定する。
【００７５】
算術復号演算処理部４４は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を特定すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号する場合と同様に、その生起確率を参照して、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号する。
算術復号演算処理部４４は、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号すると、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する場合と同様に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する。
逆２値化部４６は、算術復号演算処理部４４がＣＢＰ１（第２のシンボル）を含む２値化データを算術復号すると、その２値化データを逆２値化して、復号パラメータとしてＣＢＰを出力する。
【００７６】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の生起確率を参照して、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データを算術復号してから、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の生起確率を参照して、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データを算術復号するとともに、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＭＶＤ１（第１のシンボル）とＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを更新する算術復号演算処理部４４を設け、状態リセット判定部４５が算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するように構成したので、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる効果を奏する。
【００７７】
実施の形態５．
上記実施の形態４では、状態リセット判定部４５が算術復号演算処理部４４により算術復号されたＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、算術復号演算処理部４４によりＣＢＰ（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するものについて示したが、上記実施の形態２の動画像符号化装置のように、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているとき、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データにおけるＭＰＳ（優勢シンボル）とＬＰＳ（劣勢シンボル）の意味付けが反転される場合、遷移状態記憶メモリ４１により記憶されているＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化する代わりに、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データにおけるＭＰＳとＬＰＳの意味付けを反転するように動作する。
【００７８】
また、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを、ＬＰＳが１つ又は複数個きたときに遷移する遷移状態インデックスに強制的に遷移させるように動作する。
これらの場合も、上記実施の形態４と同様に、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる効果を奏する。
【００７９】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による算術復号装置であるエントロピー復号部３１を示す構成図であり、図において、図９と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
遷移状態記憶メモリ４７は図９の遷移状態記憶メモリ４１と同様に、復号対象の各シンボルの遷移状態インデックスを記憶している記録媒体であるが、図９の遷移状態記憶メモリ４１のように、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスが状態リセット判定部４５によって初期化されるのではなく、例えば、動画像符号化装置のイントラ予測部２や動き補償予測部３から、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグ（状態遷移情報）を受信すると、算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する点で相違している。
なお、遷移状態記憶メモリ４７は、生起確率記憶手段及び生起確率初期化手段を構成している。
【００８０】
次に動作について説明する。
動画像符号化装置のイントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、過去に復号したブロックとは性質の異なるブロック（予測不能ブロックと呼ぶ）における予測画像を生成する際、予測不能ブロックを解析するので、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れているか否かを判別することができる。
イントラ予測部２（または、動き補償予測部３）は、予測不能ブロックにおけるＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていると判定すると、定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグをエントロピー符号化部１１に出力する。
エントロピー符号化部１１は、複数のパラメータをエントロピー符号化するとともに、その遷移状態リセットフラグをエントロピー符号化する。
【００８１】
動画像復号装置におけるエントロピー復号部３１の遷移状態記憶メモリ４７は、動画像符号化装置から遷移状態リセットフラグを受信すると、算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の現在の遷移状態インデックスを初期化する。
この場合、算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、遷移状態記憶メモリ４７が、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れていることを認識することができるので、ＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化するだけでなく、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の遷移状態インデックスを初期化する。
その他の処理内容は、上記実施の形態４と同様であるため説明を省略する。
【００８２】
以上で明らかなように、この実施の形態６によれば、ＭＶＤ１（第１のシンボル）の２値化データの定常状態が途切れている旨を示す遷移状態リセットフラグを受信すると、遷移状態記憶メモリ４７が算術復号演算処理部４４によりＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の２値化データの算術復号が行われる前に、ＭＶＤ１（第１のシンボル）及びＣＢＰ１（第２のシンボル）の遷移状態を初期化するように構成したので、算術符号化装置により符号化効率が高められたシンボルを正しく復号することができる効果を奏する。
【符号の説明】
【００８３】
１  画像入力部、２  イントラ予測部、３  動き補償予測部、４  符号化制御部、５  選択スイッチ、６  減算器、７  量子化変換部、８  逆量子化変換部、９  加算器、１０  フレームメモリ、１１  エントロピー符号化部、２１、２７  遷移状態記憶メモリ、２２  確率テーブルメモリ、２３  コンテキスト生成部、２４  ２値化部、２５  算術符号化演算処理部、２６  状態リセット判定部。  
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化対象のパラメータを２値化して、２値化データを出力する２値化手段と、上記２値化データに含まれるシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある上記２値化データに含まれる第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化手段と、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術符号化手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段とを備え、上記生起確率初期化手段は、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、かつ、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が所定の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする算術符号化装置。
【請求項２】
符号化対象のパラメータを２値化して、２値化データを出力する２値化手段と、上記２値化データに含まれるシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある上記２値化データに含まれる第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データを算術符号化してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記２値化手段から出力された第２のシンボルの２値化データを算術符号化するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術符号化手段と、上記２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術符号化手段により第２のシンボルの２値化データの算術符号化が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段とを備え、上記生起確率初期化手段は、２値化手段から出力された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、また生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が第１の閾値以上であり、かつ、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率が第２の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする請求項１記載の算術符号化装置。
【請求項３】
復号対象のシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記第１及び第２のシンボルの２値化データの算術符号化結果である符号化データを入力し、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記第１のシンボルの２値化データを算術復号してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記第２のシンボルの２値化データを算術復号するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術復号手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術復号手段により第２のシンボルの２値化データの算術復号が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１及び第２のシンボルを含む２値化データを逆２値化して復号パラメータを出力する逆２値化手段とを備え、上記生起確率初期化手段は、算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、かつ、生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が所定の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする算術復号装置。
【請求項４】
復号対象のシンボルである第１のシンボルの生起確率を記憶するとともに、上記第１のシンボルと相関がある第２のシンボルの生起確率を記憶する生起確率記憶手段と、上記第１及び第２のシンボルの２値化データの算術符号化結果である符号化データを入力し、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率を参照して、上記第１のシンボルの２値化データを算術復号してから、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を参照して、上記第２のシンボルの２値化データを算術復号するとともに、上記生起確率記憶手段により記憶されている第１及び第２のシンボルの生起確率を更新する算術復号手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れているか否かを判定し、定常状態が途切れていれば、上記算術復号手段により第２のシンボルの２値化データの算術復号が行われる前に、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率を初期化する生起確率初期化手段と、上記算術復号手段により算術復号された第１及び第２のシンボルを含む２値化データを逆２値化して復号パラメータを出力する逆２値化手段とを備え、上記生起確率初期化手段は、算術復号手段により算術復号された第１のシンボルの２値化データが劣勢シンボルであり、また生起確率記憶手段により記憶されている第１のシンボルの生起確率が第１の閾値以上であり、かつ、上記生起確率記憶手段により記憶されている第２のシンボルの生起確率が第２の閾値以上である場合、上記第１のシンボルの２値化データの定常状態が途切れていると判定することを特徴とする算術復号装置。
【国際調査報告】
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