(57)【要約】本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位で確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化するために用いる確率関連情報の初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に基づいて、分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）分割区間単位ごとに算術符号化された信号に設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと、を備える。
2003092169.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報の初期値を導出すると共に、前記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに前記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報及び前記既出の情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報及び前記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を備えることを特徴とする信号符号化方法。
【請求項２】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、
前記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり前記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと
を備えることを特徴とする信号復号方法。
【請求項３】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報の初期値を導出すると共に、前記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに前記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出手段と、
前記設定情報及び前記既出の情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報及び前記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段と
を備えることを特徴とする信号符号化装置。
【請求項４】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、
前記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり前記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段と
を備えることを特徴とする信号復号装置。
【請求項５】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行うための信号符号化プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報の初期値を導出すると共に、前記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに前記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報及び前記既出の情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報及び前記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を実行させることを特徴とする信号符号化プログラム。
【請求項６】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、
コンピュータに、
前記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり前記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと
を実行させることを特徴とする信号復号プログラム。
【請求項７】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化する信号符号化方法であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、前記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに前記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記既出の情報及び前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を備えることを特徴とする信号符号化方法。
【請求項８】
複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために前記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定ステップと、
前記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて前記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化ステップと
を備えることを特徴とする信号復号方法。
【請求項９】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化する信号符号化装置であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、前記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに前記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出手段と、
前記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化手段と、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記既出の情報及び前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段と
を備えることを特徴とする信号符号化方法。
【請求項１０】
複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために前記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定手段と、
前記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて前記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化手段と
を備えることを特徴とする信号復号装置。
【請求項１１】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化するための信号符号化プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、前記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに前記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記既出の情報及び前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を実行させることを特徴とする信号符号化プログラム。
【請求項１２】
複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために前記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定ステップと、
前記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて前記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化ステップと
を実行させることを特徴とする信号復号プログラム。
【請求項１３】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を備え、
前記設定情報導出ステップでは、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、符号化対象信号の既出の情報として別にヘッダに付与する情報を、所定の方法によって組み合わせることによって前記設定情報を導出することを特徴とする信号符号化方法。
【請求項１４】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと
を備え、
前記初期値設定ステップにおいて、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報と、符号化信号のヘッダにて既出である情報を所定の方法により組み合わせて確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする信号復号方法。
【請求項１５】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を備えることを特徴とする信号符号化方法。
【請求項１６】
前記設定情報導出ステップでは、前記確率関連情報の初期値自体を前記設定情報とすることを特徴とする請求項１５に記載の信号符号化方法。
【請求項１７】
前記設定情報導出ステップでは、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、あらかじめ定められた値との差分を前記設定情報とすることを特徴とする請求項１５に記載の信号符号化方法。
【請求項１８】
前記設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、
前記設定情報付加ステップでは、前記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に該当する候補を前記リスト内から選択し、その識別子を設定情報としてヘッダに含ませることを特徴とする請求項１、７、１３、１５のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項１９】
前記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報が前記リスト内に存在しない場合には、前記設定情報付加ステップでは、リストに格納された候補以外の識別情報であることを示す識別子と共に、前記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報をヘッダに含ませることを特徴とする請求項１８に記載の信号符号化方法。
【請求項２０】
前記符号化ステップにおいて、前記符号化対象信号を符号化する際に、前記符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて前記確率関連情報を更新し、更新された確率関連情報によって符号化対象信号の算術符号化が行われることを特徴とする請求項１、７、１３、１５〜１９のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項２１】
前記設定情報導出ステップでは、前記分割区間単位の符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合を分析し、その発生割合に基づいて前記設定情報を導出することを特徴とする請求項１、７、１３、１５〜２０のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項２２】
前記設定情報付加ステップにおいて付加されるヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含み、
前記設定情報が前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報と同じ場合には、前記設定情報付加ステップでは前記有無フラグを無とすると共に前記設定情報をヘッダに含ませないことを特徴とする請求項１、７、１３、１５〜２１のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項２３】
前記符号化対象信号は、映像情報に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号であることを特徴とする請求項１、７、１３、１５〜２２のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項２４】
前記映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記設定情報付加ステップでは、前記シーケンスレイヤ、前記フレームレイヤ、前記スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに前記設定情報を含ませることを特徴とする請求項２３に記載の信号符号化方法。
【請求項２５】
前記映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記設定情報付加ステップでは、前記スライスレイヤのヘッダに前記設定情報を含ませることを特徴とする請求項２３に記載の信号符号化方法。
【請求項２６】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと
を備えることを特徴とする信号復号方法。
【請求項２７】
前記初期値設定ステップでは、前記ヘッダに含まれる設定情報自体を初期値として設定することを特徴とする請求項２６に記載の信号復号方法。
【請求項２８】
前記初期値設定ステップでは、前記ヘッダに含まれる設定情報にあらかじめ定められた値を加えた値を初期値として設定することを特徴とする請求項２６に記載の信号復号方法。
【請求項２９】
前記確率関連情報の初期値として用いられる設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、
前記ヘッダには、設定情報として前記リスト内から選択された候補の識別子が含まれており、
前記初期値設定ステップは、ヘッダに含まれる識別子に基づいて前記リストから設定情報を抽出し、抽出された設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項２、８、１４、２６のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項３０】
前記ヘッダに含まれる識別子が前記リスト内に存在しない場合には、前記初期値設定ステップは、ヘッダに含まれる設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項２９に記載の信号復号方法。
【請求項３１】
前記逆算術符号化ステップにおいて、前記符号化信号を逆算術符号化する際に、前記符号化信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて前記確率関連情報が更新され、更新された確率関連情報によって符号化対象信号の逆算術符号化が行われることを特徴とする請求項２、８、１４、２６〜３０のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項３２】
前記ヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含まれており、
前記初期値設定ステップは、前記有無フラグが無であった場合には前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項２、８、１４、２６〜３１のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項３３】
前記符号化信号は、映像情報に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号を符号化したものであることを特徴とする請求項２、８、１４、２６〜３２のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項３４】
前記符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記初期値設定ステップでは、前記シーケンスレイヤ、前記フレームレイヤ、前記スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに含まれる前記設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項３３に記載の信号復号方法。
【請求項３５】
前記符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記初期値設定ステップでは、前記スライスレイヤのヘッダに含まれる前記設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項３３に記載の信号復号方法。
【請求項３６】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出手段と、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段と、
を備えることを特徴とする信号符号化装置。
【請求項３７】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、
前記初期値設定手段によって初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段と、
を備えることを特徴とする信号復号装置。
【請求項３８】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行うための信号符号化プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を実行させることを特徴とする信号符号化プログラム。
【請求項３９】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと、を実行させることを特徴とする信号復号プログラム。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、モバイル映像伝送システムなどの画像伝送システムに好適に適用することが可能な信号符号化方法、信号復号方法、信号符号化装置、信号復号装置、信号符号化プログラム、及び信号復号プログラムに関するものである。
背景技術
従来、動画像の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６ｘシリーズやＩＳＯ／ＩＥＣ  ＭＰＥＧシリーズなどの国際標準化動画像符号化方式が知られている。これらの動画像符号化方式においては、フレーム画像を分割したマクロブロックのそれぞれの画像に対して、動き補償（ＭＣ：Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）や離散コサイン変換（ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの所定のデータ変換操作を行うことによって、符号化対象となる画像データが作成される。
また、データ変換操作によって作成された画像データは、さらにエントロピー符号化されて、画像伝送に用いられる圧縮データである符号化データとなる。このようなエントロピー符号化方法の１つとして、算術符号化（ＡＣ：Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ）が用いられている。以下、算術符号化の概要について述べるが、算術符号化の詳細については、Ｍ．ネルソン／Ｊ．−Ｌ．ゲィリー著  萩原剛志／山口英訳「データ圧縮ハンドブック」等を参照されたい。
一般に、複数種類のシンボルを組み合わせた情報源系列（シンボル系列）に対して算術符号化を行う場合、まず、［０．０，１．０）の数直線（確率数直線）上において、それぞれのシンボルに対して、シンボルの出現確率に応じて一定の区間を割り当てる。このとき、シンボルと数直線上の区間との対応関係を表したものは、確率テーブルと呼ばれる。算術符号化によって情報源系列をエントロピー符号化する際には、この確率テーブルを参照することによって、情報源系列を数直線上で表現した符号語が生成される。
ここで、図１４〜図１６を参照して、算術符号化について説明する。具体的には、文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」を符号化対象の情報源系列とし、その算術符号化を例として説明する。
上記した情報源系列内には、Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｍ、Ｒ、Ｔの８種類の文字（シンボル）が現れる。これらの文字に対し、図１４の表に示すように、［０．０，１．０）の数直線（確率数直線）上で、文字列における各文字の出現確率に比例した区間長となるようにそれぞれ区間を割り当てる。この文字と数直線上の区間との対応関係を表す図１４に示した表が、算術符号化に用いられる確率テーブルとなる。
図１５は、図１４に示した確率テーブルを用いた文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」の符号化について示す図である。算術符号化においては、確率テーブルに基づいた区間縮小操作を、情報源系列に含まれる各シンボルに対して順次行うことによって、情報源系列を符号化した符号語を生成する。
図１５に示した例では、まず、符号化対象である文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」の第１の文字「Ａ」に対して、図１４に示した確率テーブルを参照して、数直線上の区間［０，１）を各文字に対応する８個の区間に区分する。そして、それらの区間のうちで、文字「Ａ」に対応する区間［０．０，０．１）へと区間を縮小する。次に、第２の文字「Ｒ」に対して、確率テーブルを参照して、区間［０．０，０．１）を８個の区間に区分する。そして、それらの区間のうちで、文字「Ｒ」に対応する区間［０．０７，０．０８）へと区間を縮小する。
以下、この区間縮小による符号化操作を各文字に対して順次行っていく。そして、最終的に得られた数直線上の区間［０．０７５７４５１５３６，０．０７５７４５１５５２）において、その区間内にある数値「０．０７５７４５１５３６」が、文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」を算術符号化した符号語として生成される。
図１６は、図１４に示した確率テーブルを用いた符号語「０．０７５７４５１５３６」の文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」への復号について示す図である。
図１６に示した例では、まず、復号対象である符号語「０．０７５７４５１５３６」に対して、図１４に示した確率テーブルを参照して、符号語が含まれている区間長０．１の区間［０．０，０．１）を特定する。そして、特定された区間に対応する文字「Ａ」を第１の文字として出力するとともに、（符号語−下限）／（区間長）によって、新たな符号語「０．７５７４５１５３６」を生成する。次に、符号語「０．７５７４５１５３６」に対して、確率テーブルを参照して、符号語が含まれている区間長０．１の区間［０．７，０．８）を特定する。そして、特定された区間に対応する文字「Ｒ」を第２の文字として出力するとともに、新たな符号語「０．５７４５１５３６」を生成する。
以下、この復号操作を符号語に対して順次行っていく。そして、算術符号化された符号語「０．０７５７４５１５３６」から、文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」が復元される。
このように、算術符号化を用いた情報源系列のエントロピー符号化では、情報源系列に含まれるシンボルと数直線上の区間とを対応付けることにより、任意の情報源系列を［０．０，１．０］の数直線上の符号語によって表現することができる。また、シンボルと区間とを対応付ける確率テーブルを各シンボルの出現確率に応じて設定することにより、情報源系列のエントロピー符号化を効率良く行って、符号化によるデータ圧縮の効率を向上することができる。
発明の開示
図５は、上述した算術符号化によるエントロピー符号化を用いた動画像符号化方法の一例を示すフローチャートである。図５に示した画像符号化方法では、ＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式で用いられているコンテキストモデリングを用いたＣＡＢＡＣ（Ｃｏｎｔｅｘｔ−ｂａｓｅｄ  Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｂｉｎａｒｙ  Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ）と呼ばれる方法によって、画像データの算術符号化を行っている。ＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式やＣＡＢＡＣについての詳細は、ＶＣＥＧ−Ｍ１０  Ｈ．２６Ｌ  Ｔｅｓｔ  Ｍｏｄｅｌ  Ｌｏｎｇ  Ｔｅｒｍ  Ｎｕｍｂｅｒ  ８（ＴＭＬ−８）ｄｒａｆｔ０を参照されたい。
Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式での動画像データの符号化においては、まず、符号化対象の画像を所定サイズの画像ブロックに分割する。この画像ブロックは、データ処理の単位となる画像ブロックであり、マクロブロックと呼ばれる。マクロブロック毎にイントラフレーム符号化（Ｉｎｔｒａ−Ｆｒａｍｅ  Ｃｏｄｉｎｇ、フレーム内符号化）やインターフレーム符号化（Ｉｎｔｅｒ−Ｆｒａｍｅ  Ｃｏｄｉｎｇ、フレーム間符号化）、ＤＣＴ等の直交変換などの必要なデータ変換操作を行って、マクロブロック内にある画像を表す画像データを生成する。そして、その画像データに対して、算術符号化などを用いてエントロピー符号化を行って、データ圧縮された符号化データが生成する。
図５に示した動画像符号化方法においては、特に、あらかじめ固定に設定された条件によって符号化を行うのではなく、マクロブロック毎の画像データを符号化する際に、コンテキストモデリングを行っている（ステップＳ９０１、Ｃｏｎｔｅｘｔ  Ｍｏｄｅｌｉｎｇ）。コンテキストモデリングを用いた算術符号化では、画像データの符号化に用いる確率テーブルについて、符号化対象のマクロブロックの画像データに対して適用する確率テーブルが、隣接するマクロブロックでの画像符号化の処理結果などの符号化条件を参照して切り換えて設定される。
コンテキストモデリングによる確率テーブルの設定を終了したら、符号化対象の画像データ（例えば複数のＤＣＴ係数）を２値化して、算術符号化を行うべきデータ系列を生成する（Ｓ９０２、Ｂｉｎａｒｉｚａｔｉｏｎ）。そして、２値化されたデータ系列に対して算術符号化を行って（Ｓ９０３、Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｂｉｎａｒｙ  Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ）、符号化データを得る。
具体的には、２値化されたデータ系列の各ビットに対し、コンテキストモデリングによって設定された確率テーブルを割り当てて確率評価を行う（Ｓ９０４、Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）。そして、割り当てられた確率テーブルを用いてデータ系列を算術符号化し、符号化データである数直線上の符号語を生成する（Ｓ９０５、Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｃｏｄｉｎｇ）。また、算術符号化の処理結果に基づいて、符号化したビットの発生頻度などの情報を確率テーブルへとフィードバックすることによって確率評価を更新し、符号化の傾向を確率テーブルに反映させる（Ｓ９０６、Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ  Ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  Ｕｐｄａｔｅ）。
コンテキストモデリングを用いた算術符号化による上記の動画像符号化方法によれば、符号化条件や処理結果に応じて使用する確率テーブルを切り換えることによって、符号化データでの冗長度を低減することが可能である。
ここで、フレーム画像を符号化して得られる符号化データでは、フレーム画像に対応するフレームレイヤに対して、フレームレイヤを１または複数のスライスレイヤに分割して符号化データを作成する場合がある。スライスレイヤは、それぞれのスライスの単位で単独で復号することができるように構成されて、同期コードが付加されたり、パケット化されたりして伝送される。したがっていずれかのスライスにて伝送中に誤りが発生してデータが失われても、次のスライス以降では復号を再開することができる。
また各スライスにおいては、算術符号化に適用される確率テーブルが初期化される。この確率テーブルの初期化は、上記した同期の回復と同様に、エラーの発生により復号不能となった算術符号化情報を復号可能にするなどの効果がある。
この初期化に用いられる確率テーブルの値として、通常は符号化対象の動画像によらず、平均的な一定値が用いられる。このため、符号化対象の画像によってはその性質が平均的な画像の性質から大きく外れているために、確率テーブルの初期値として適切でない場合がある。このような場合、ＣＡＢＡＣでは、符号化を進めながら符号化対象信号に含まれるシンボルの発生割合に基づいて確率テーブルを更新させる。これにより、画像の性質に適した確率テーブルへと学習させていくことができ、最終的には適切な確率テーブルによって効果的に算術符号化を行うことができる。しかしながら、確率テーブルの更新が十分なされる前の学習途上においては、効率的に算術符号化を行うことができない。特に、利用頻度が少なく、更新が十分になされないような確率テーブルにおいては、確率テーブルの学習が十分になされず、効率的な符号化を行うことは困難である。また、確率テーブルは、分割単位ごとに初期化が行われるので、分割単位ごとに確率テーブルを学習させる必要がある。このため、前述したような学習期間が伝送中に定期的に数多く発生し、符号化が非効率になる。
そこで、本発明は上記課題を解決し、効率的に符号化できる信号符号化方法、信号符号化装置、及び信号符号化プログラム、符号化された信号を効率的に復号できる信号復号方法、信号復号装置、及び信号復号プログラムを提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報及び上記既出の情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報及び上記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを備えることを特徴とする。
同様に、本発明に係る信号符号化装置は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出手段と、（２）上記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報及び上記既出の情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報及び上記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段とを備えることを特徴とする。
同様に、本発明の信号符号化プログラムは、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行うための信号符号化プログラムであって、コンピュータに、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報及び上記既出の情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報及び上記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを実行させることを特徴とする。
これらの発明によれば、各分割区間単位において確率関連情報の初期値を導出するための上記の既出の情報と設定情報とがヘッダに含められるで、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析することによって導出されているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
また、本発明に係る信号復号方法は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、（１）上記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり上記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップとを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る信号復号装置は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、（１）上記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり上記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る信号復号プログラムは、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、コンピュータに、（１）上記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり上記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップとを実行させることを特徴とする。
このようにヘッダに含まれる上記の既出の情報と設定情報とに基づいて確率関連情報の初期値を設定し、設定された初期値に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化する信号符号化方法であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記既出の情報及び上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを備えることを特徴とする。
同様に、本発明に係る信号符号化装置は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化する信号符号化装置であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出手段と、（２）上記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化手段と、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記既出の情報及び上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段とを備えることを特徴とする。
同様に、本発明に係る信号符号化プログラムは、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化するための信号符号化プログラムであって、コンピュータに、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記既出の情報及び上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを実行させることを特徴とする。
これらの発明によれば、各分割区間単位において符号化対象信号の算術符号化に用いられる確率関連情報の初期値と関連付けられている初期の状態番号を導出するための上記の既出の情報と設定情報とがヘッダに含められるで、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析することによって導出されているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
また、本発明に係る信号復号方法は、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために上記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定ステップと、（２）上記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて上記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化ステップとを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る信号復号装置は、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために上記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定手段と、（２）上記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて上記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化手段とを備えることを特徴とする。
また、本発明に係る信号復号プログラムは、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、コンピュータに、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために上記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定ステップと、（２）上記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて上記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化ステップとを実行させることを特徴とする。
このようにヘッダに含まれる上記の既出の情報と設定情報とに基づいて確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を導出することができ、この初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報を用いて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
また、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを備え、上記設定情報導出ステップでは、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、符号化対象信号の既出の情報として別にヘッダに付与する情報を、所定の方法によって組み合わせることによって上記設定情報を導出することを特徴とする。
この発明によれば、各分割区間単位において確率関連情報の初期値を導出するための上記の既出の情報と設定情報とがヘッダに含められるで、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析することによって導出されているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
また、本発明に係る信号復号方法は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップとを備え、上記初期値設定ステップにおいて、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報と、符号化信号のヘッダにて既出である情報を所定の方法により組み合わせて確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする。
このようにヘッダに含まれる上記の既出の情報と設定情報とに基づいて確率関連情報の初期値を設定し、設定された初期値に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
このような目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号の算術符号化に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に基づいて、分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）分割区間単位ごとに算術符号化された信号に設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと、を備えることを特徴とする。
同様に、本発明に係る信号符号化装置は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、（１）分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号の算術符号化に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出手段と、（２）設定情報導出手段によって導出された設定情報に基づいて、分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、（３）分割区間単位ごとに算術符号化された信号に設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段と、を備えることを特徴とする。
このように本発明に係る信号符号化方法及び装置においては、各分割区間単位において符号化に用いた設定情報を符号化された信号のヘッダに含ませているので、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値（設定情報）を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、算術符号化を行うために用いる設定情報を導出しているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
本発明に係る信号復号方法は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと、を備えることを特徴とする。
同様に、本発明に係る信号復号装置は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、初期値設定手段によって初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段と、を備えることを特徴とする。
このようにヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定し、設定された初期値に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップでは（設定情報導出ステップが）、確率関連情報の初期値自体を設定情報とすることが好ましい。
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、初期値設定ステップにおいて（初期値設定手段が）、ヘッダに含まれる設定情報自体を初期値として設定することが好ましい。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップにおいて（設定情報導出手段が）、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、あらかじめ定められた値との差分を設定情報とすることを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、初期値設定ステップにおいて、ヘッダに含まれる設定情報にあらかじめ定められた値を加えた値を初期値として設定することを特徴としても良い。
このようにあらかじめ規定された値と初期値との差分を設定情報とすることにより、設定情報を小さくすることができるので好ましい。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、上記設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に該当する候補をリスト内から選択し、その識別子を設定情報としてヘッダに含ませることを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、上記設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、ヘッダには、設定情報としてリスト内から選択された候補の識別子が含まれており、初期値設定ステップが（初期値設定手段が）、ヘッダに含まれる識別子に基づいてリストから設定情報を抽出し、抽出された設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
このようにあらかじめ準備されたリストに含まれる識別子を設定情報としてヘッダに付加することにより、信号の伝送量を低減させることができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップにおいて導出された（設定情報導出手段が導出した）設定情報がリスト内に存在しない場合には、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、リストに格納された候補以外の識別情報であることを示す識別子と共に、設定情報導出ステップにおいて導出された（設定情報導出手段が導出した）設定情報をヘッダに含ませることを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、ヘッダに含まれる識別子がリスト内に存在しない場合には、初期値設定ステップは（初期値設定手段が）、ヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
このようにあらかじめ準備されたリストにない初期値を設定情報としてヘッダに含ませることを可能としておくことにより、確率関連情報の初期値の自由度を高めることができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、符号化ステップにおいて（符号化手段が）、符号化対象信号を符号化する際に、符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて確率関連情報を逐次計算し、計算された確率関連情報によって符号化対象信号の算術符号化を行うことを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、逆算術符号化ステップにおいて（逆算術符号化手段が）、符号化信号を逆算術符号化する際に、符号化信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて確率関連情報を逐次計算し、計算された確率関連情報によって符号化対象信号の逆算術符号化を行うことを特徴としても良い。
このように符号化対象信号に含まれるシンボルの発生割合に基づいて確率関連情報を更新することで、確率関連情報をより適切なものに学習させることができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップでは（設定情報導出手段が）、分割区間単位の符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合を分析し、その発生割合に基づいて設定情報を導出することを特徴としても良い。
このように分割区間単位の符号化対象情報に含まれる各シンボルを集計し、その発生割合を分析し、その発生割合に基づいて設定情報を導出することにより、その分割区間単位の信号を符号化するために適切な確率関連情報の初期値を求めることができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報付加ステップにおいて付加される（設定情報付加手段が付加する）ヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含み、設定情報が前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報と同じ場合には、有無フラグを無とすると共に設定情報をヘッダに含ませないことを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、ヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含まれており、有無フラグが無であった場合には、初期値設定ステップでは（初期値設定手段が）前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
このように、前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報と同じ設定情報を用いて符号化できる場合には、有無フラグを無とすれば、同じ設定情報を送信する必要がなくなるので、信号の伝送量を低減させることができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）又は信号復号方法（信号復号装置）では、符号化対象信号は、映像情報に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号であることが好ましい。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）では、映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、シーケンスレイヤ、フレームレイヤ、スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに設定情報を含ませることを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）では、符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、初期値設定ステップでは（初期値設定手段は）、シーケンスレイヤ、フレームレイヤ、スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
このようにシーケンスレイヤ、フレームレイヤ、スライスレイヤが階層構造となった符号化対象信号においては、いずれかのレイヤのヘッダに設定情報を含ませることによって効率の良い信号符号化を実現できる。例えば、あるフレームレイヤの下の複数のスライスレイヤを同じ設定情報に基づいて符号化した場合には、フレームレイヤのヘッダに設定情報を含ませることにより、その下のスライスレイヤを同じ設定情報によって信号符号化することができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）では、映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、スライスレイヤのヘッダに設定情報を含ませることを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）では、符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、初期値設定ステップでは（初期値設定手段は）、スライスレイヤのヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
このようにスライスレイヤのヘッダに設定情報を含ませることによって、きめ細かく確率関連情報の初期値を設定して効率良く符号化を行うことができる。
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）では、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、符号化対象信号の既出の情報として別にヘッダに付与する情報を、所定の方法によって組み合わせることによって上記設定情報を導出することを特徴としても良い。
上記した信号復号方法（信号復号装置）では、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報と、符号化信号のヘッダにて既出である情報を所定の方法により組み合わせて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としていも良い。
本発明に係る信号伝送システムは、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位で算術符号化した符号化信号によって、信号を伝送する信号伝送システムであって、符号化対象信号から符号化信号を生成して出力する上記信号符号化装置と、信号符号化装置からの符号化信号を入力し、入力された符号化信号を復号する上記信号復号装置と、を備えることを特徴とする。
このような信号伝送システムによれば、それぞれの分割区間単位で効率良く符号化された信号を伝送することができる。
発明を実施するための最良の形態
以下、図面とともに本発明による信号符号化方法、信号復号方法、信号符号化装置、信号復号装置、及びそれを用いた信号伝送システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
まず、本実施形態に係る信号符号化方法について説明する。ここでは、動画像（映像情報）に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号を算術符号化する動画像符号化方法を例として説明する。
図１は、本実施形態に係る動画像符号化方法を概略的に示すフローチャートである。符号化方法は、動画像でのフレーム画像である入力フレーム画像Ｄ１に対して所定のデータ変換操作及び符号化操作を行って、動画像伝送システムにおいて伝送可能なデータ圧縮された符号化データＤ７を生成する動画像符号化方法である。
まず、入力フレーム画像Ｄ１を所定サイズ（所定の画素数）のマクロブロックに分割し（ステップＳ１００）、フレーム画像Ｄ１内にあるマクロブロックのそれぞれの画像に対して所定のデータ変換操作を行って、符号化対象となる画像データＤ６を作成する（Ｓ１０１、変換ステップ）。本実施形態においては、この変換ステップは２つのステップＳ１０２、Ｓ１０３からなる。
具体的には、フレーム画像Ｄ１に対して所定のデータ処理操作を行って画像データを変換し、空間座標によって表された画像データ（空間画像データ）Ｄ５とする（ステップＳ１０２）。ここで行われるデータ処理操作としては、例えば、動画像でのフレーム画像に対してインターフレーム符号化（フレーム間符号化）を行う場合の動き補償（ＭＣ：Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ）フレーム間予測がある。また、フレーム画像に対してイントラフレーム符号化（フレーム内符号化）を行う場合には、例えば、入力フレーム画像Ｄ１の画像データがそのまま空間画像データＤ５となる。
次に、空間画像データＤ５に対して直交変換操作を行って、空間周波数によって表された画像データ（周波数画像データ）である複数の直交変換係数Ｄ６を生成する（Ｓ１０３、直交変換ステップ）。この直交変換は、フレーム画像を分割したマクロブロック毎に行われ、入力フレーム画像Ｄ１に含まれる各マクロブロックに対して、それぞれ直交変換係数が得られる。また、この直交変換係数に対して、必要に応じて量子化操作がさらに行われ、エントロピー符号化対象の画像データとなる量子化直交変換係数が生成される。
続いて、複数の直交変換係数Ｄ６に対して算術符号化を用いてエントロピー符号化を行い、圧縮データである符号化データＤ７を生成する（Ｓ１０４、符号化ステップ）。すなわち、量子化直交変換係数Ｄ６に対して適用する確率テーブル（確率関連情報）を所定の確率テーブルに設定する（Ｓ１０５）。
ここで、符号化データＤ７は、スライスレイヤとフレームレイヤとシーケンスレイヤによる階層構造を有する。スライスレイヤは複数のマクロブロックからなるレイヤ、フレームレイヤは、１または複数のスライスレイヤからなると共にフレーム画像に対応するレイヤ、シーケンスレイヤは符号化データ全体に対応するレイヤである。また、エントロピー符号化に用いられる確率テーブルの初期値は、それぞれのスライスレイヤのデータを効率的に符号化できるように決定されるが、この方法については後述する。そして、設定された確率テーブルを用いて量子化直交変換係数Ｄ６を算術符号化して（Ｓ１０６）、符号化データＤ７とする。そして、符号化データを生成するために用いた確率テーブルの初期値を設定情報として符号化データのヘッダに付加する（Ｓ１０７）。また、Ｓ１０７にて、画像全体もしくはスライス全体を符号化するための条件、例えばフレーム内符号化もしくはフレーム間符号化のいずれかを示すための情報もあわせて付加する。
図２は、本発明による動画像符号化装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。以下、図２に示した動画像符号化装置を参照しつつ、図１に示した動画像符号化方法についてさらに説明する。なお、以下においては、符号化対象として動画像符号化装置に入力される入力フレーム画像Ｄ１について、主に時系列のフレーム画像からなる動画像を想定している。ただし、本発明による動画像符号化方法及び動画像符号化装置は、図２における動き補償関連のブロック図がないこととして省略すれば、１フレームからなる静画像に対しても同様に適用することが可能である。
符号化対象として入力された入力フレーム画像Ｄ１は、まず、フレーム画像分割部１０によって１６画素×１６ラインのサイズのマクロブロックへと分割される。なお、後述するＤＣＴ（直交変換）では、例えばＨ．２６Ｌ符号化方式では、４画素×４ラインのサイズのＤＣＴブロックが用いられる。この場合、１個のマクロブロックは、ＤＣＴにおいて、１６個の輝度（Ｌｕｍａ）ブロックと、８個の色差（Ｃｈｒｏｍａ）ブロックとを有する。画像符号化はこれらのブロック毎に行われる。
フレーム画像Ｄ１は動き検出部１１に入力され、マクロブロック内の画像の動きが検出される。動き検出部１１は、動きを検出しようとするマクロブロックでの画像データと、参照されるフレーム画像での画像データとを比較して、画像の動きを示す動きベクトルＤ２を検出する。
具体的には、動き検出部１１では、符号化済のフレーム画像としてフレームメモリ２０に格納されている局所復号画像Ｄ８内の所定の画像領域を参照して、現在の符号化対象となっている入力フレーム画像Ｄ１のマクロブロックと類似するパターンを見つけ出す。そして、その類似パターンとマクロブロックとの間の空間的な移動量によって、動きベクトルＤ２を決定する。また、このとき、動き補償について用意された複数の符号化モードから、マクロブロックでの動き補償に用いられる符号化モードが選択される。
図３Ａ〜図３Ｊは、動き補償について用意される符号化モードの一例を示す模式図である。この図３Ａ〜図３Ｊに例示した符号化モードでは、動き補償を行わないスキップ（Ｓｋｉｐ）モード０と、それぞれ異なる動き補償用ブロックへのブロック区分を用いてインターフレーム符号化を行うインターモード１〜７と、それぞれ異なるブロック区分を用いてイントラフレーム符号化を行うイントラモード８、９との１０個の符号化モードが用意されている。なお、上記した動きベクトルＤ２は、インターフレーム符号化を行うインターモード１〜７の各マクロブロックに対して、図３Ｂ〜図３Ｈに示した区分された動き補償用ブロック毎に付与される。
動きベクトルＤ２が求められたら、動き補償部１２において、動き検出部１１からの動きベクトルＤ２と、フレームメモリ２０からの局所復号画像Ｄ８とを用いて、動き予測画像を生成する。フレーム画像Ｄ１に含まれる全てのマクロブロックについて動きベクトルＤ２を決定して動き予測画像を生成することにより、入力フレーム画像Ｄ１に対する予測フレーム画像Ｄ４が得られる。続いて、減算器１３において、入力フレーム画像Ｄ１と予測フレーム画像Ｄ４との間の差分（予測残差）フレーム画像Ｄ５が生成される。また、イントラフレーム符号化によるフレーム画像の符号化がなされる場合には、予測フレーム画像Ｄ４は作成されず、入力フレーム画像Ｄ１がそのままフレーム画像Ｄ５とされる。このフレーム画像Ｄ５は、入力フレーム画像Ｄ１と同様に空間座標によって表された画像データであり、この空間画像データＤ５が以後の直交変換及び算術符号化の対象となる。
フレーム画像Ｄ５の画像データは、直交変換部（直交変換手段）１４へと入力される。直交変換部１４では、空間座標によるフレーム画像Ｄ５に対して、マクロブロックに含まれる直交変換ブロック（例えば１６個の輝度ブロックと８個の色差ブロック）毎に直交変換が行われる。そして、空間周波数による画像データとして、複数の直交変換係数が生成される。また、この直交変換係数は、量子化部１５において所定の量子化パラメータによって量子化されて、算術符号化の対象となる最終的な量子化直交変換係数Ｄ６が得られる。
図４Ａ〜図４Ｂは、画像データの直交変換について示す図である。フレーム画像Ｄ５内にある直交変換用に分割された各ブロックの画像データは空間画像データであり、図４Ａに４×４の画像成分によって例示するように、水平座標と垂直座標とで規定される４×４の空間画像成分ａ１１〜ａ４４によって表される。直交変換部１４は、この空間画像データを所定の変換方法で直交変換することによって、図４Ｂに示す画像データへと変換する。この画像データは周波数画像データであり、水平周波数と垂直周波数とで規定される４×４の周波数画像成分である直交変換係数ｆ１１〜ｆ４４によって表される。
具体的な直交変換としては、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｃｏｓｉｎｅ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）を適用することができる。ＤＣＴは、フーリエ変換のコサインの項を用いる直交変換であり、画像符号化において多く用いられている。空間画像データに対してＤＣＴを行うことにより、周波数画像データであるＤＣＴ係数ｆ１１〜ｆ４４が生成される。なお、ＤＣＴにおいては、例えばＨ．２６Ｌ符号化方式では、直交変換用のブロックとして、図４Ａ〜図４Ｂに示したように４×４のＤＣＴブロックが用いられる。
直交変換部１４及び量子化部１５によって生成された量子化直交変換係数Ｄ６は、エントロピー符号化部（符号化手段、設定情報導出手段に相当）１６において、所定の確率テーブルを用いた算術符号化によってエントロピー符号化される。これにより、入力フレーム画像Ｄ１の圧縮データである符号化データＤ７が生成される。
また、動きベクトルＤ２及び符号化モード情報Ｄ３の算術符号化においては、通常は、量子化直交変換係数Ｄ６の算術符号化とは異なる確率テーブルが用いられる。また、量子化直交変換係数Ｄ６の算術符号化においても、輝度ブロックの算術符号化と色差ブロックの算術符号化とで、異なる確率テーブルを用いても良い。なお、図示されていないが、画像全体もしくはスライス全体を符号化するための条件、例えばフレーム内符号化もしくはフレーム間符号化のいずれかを示すための情報もあわせてヘッダに付加される。
また、直交変換部１４及び量子化部１５によって生成された量子化直交変換係数Ｄ６は、本動画像符号化装置内において、逆量子化部１７及び逆直交変換部１８によって復号される。そして、復号された画像データと予測フレーム画像Ｄ４とが加算器１９において加算されて、局所復号画像Ｄ８が生成される。この局所復号画像Ｄ８はフレームメモリ２０に格納されて、他のフレーム画像の動き補償に利用される。
次に、算術符号化ステップ（Ｓ１０６、図１参照）についてより詳細に説明する。ここでは、図５を参照しながら算術符号化の一例を説明する。まず、算術符号化に用いる確率テーブルが、コンテクストモデリングによって切り替える数だけ用意されている。本実施形態ではコンテクストモデリングとして隣接するマクロブロックでの画像符号化処理結果（フレーム間なのかフレーム内なのかｅｔｃ）に応じた複数の確率テーブルを用意する。また一つの確率テーブルには信号［１］の発生頻度を記憶するカウンタａと、信号全体（信号［０］＋信号［１］の回数）の発生頻度を記憶するカウンタｂが備えられる。まず、スライス内の符号化を始める前に、この確率テーブル全てのカウンタに初期値を代入する。そして、エントロピー符号化部１６において、入力された符号化データを元にしたコンテクストモデリング（図５、Ｓ９０１）と、符号化テーブルの２値化処理を行い（図５、Ｓ９０２）、２値化処理された各ビットに対し使用する確率テーブルを決定する。その後適応２値算術符号化部において、まず使用する確率テーブル内のカウンタから信号［１］の発生する確率ａ／ｂを算出し、この確率を用いて算術符号化を行う。この算術符号化を行った後、確率テーブルの学習を行うために、使用した確率テーブルのカウンタに対し、符号化したのが信号［０］であった場合には、カウンタｂに１を加え、信号［１］であった場合にはカウンタａとｂに１を加える。なお、算術符号化の途中結果である区間の上限を保持するバッファの大きさによっては、確率を細かくしてしまうと、計算結果に不備が生ずることがあるので、カウンタｂの値が有る一定値になった場合、カウンタａ，ｂ共に２で割り、カウンタの値を減らす。この一連の処理をスライス内の全ての符号化データに対して行うことによりＣＡＢＡＣによるエントロピー符号化が行える。
次に、本実施形態の特徴の一つであるエントロピー符号化における初期値の設定方法について、具体的に説明する。
確率テーブルの初期値を符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定するには、符号化対象の動画像全体を分析して決定することが望ましい。これを実現する方法を説明する。まず符号化対象の原映像信号に対し動き補償、直交変換等の図１において説明した符号化を進め、算術符号化を行う対象データである量子化直交変換係数や動きベクトル等のデータを作成する。次に作成したデータに対してＣＡＢＡＣにおけるコンテクストモデリングと２値化処理を行い、コンテクストモデリングによって割り当てられた各確率テーブルの、［０］と［１］のシンボル発生回数を集計する。このとき実際に算術符号化の処理をする必要はなく、各確率テーブルにおける［０］と［１］の発生頻度がわかればよい。そして、ここで求めた確率テーブルごとのシンボルの発生頻度から、符号化に適した初期値を算出する。なお、この算出の方法としては、［０］と［１］の頻度の比と同程度の整数比となる初期値が得られるような方法であることが望ましい。また、ＣＡＢＡＣにおいて確率テーブルの表現できる値の最大値を超えないようにする必要がある。例えば、集計の結果が［０］：４０００、［１］：１０００であり、確率テーブルの採りうる最大値が［０］と［１］合計で５０であった場合，設定する初期値は（［０］：［１］）＝（４：１），（８：２），（１２：３），・・・，（３６：９）のいずれかであることが望ましい．このとき，０と１の発生の傾向が各スライスを通してほぼ一定であるならば，（４：１）のような小さい値ではなく、もっと大きい初期値にして、確率の変動を緩やかにするほうが望ましい。逆にスライスごとに［０］と［１］の発生傾向の変化が大きいときは、初期値を小さくして学習速度が速くなるようにすることが望ましい。
また、初期化直後の符号化効率の改善を目指すという観点から、画像全体の代わりに各スライスについてのみ分析し、上記の符号化処理及び集計を行って、初期値を求めても良い。こうすることによって、上記の手法のような映像全体の特徴を見るための符号化処理をより軽減することができ、かつ初期化直後の符号化効率の向上も行える。なお、上記の実施形態では、符号化対象となる画像／スライスを分析して初期値を設定したが、符号化対象となる画像／スライスより前に符号化された画像／スライスの統計量に基づいて初期値を設定してもよい。
また、Ｈ．２６Ｌ方式においてはＨｉｇｈ  Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  Ｍｏｄｅという最適化手法を用いることができるが、このモード上における上記初期値設定は以下に示す方法により実現できる。図６にＨｉｇｈ  Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  Ｍｏｄｅ上での処理の流れを示す。
Ｈｉｇｈ  Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  Ｍｏｄｅでは、最初に初期値を設定し（Ｓ３００）、その初期値に基づいて図３Ａ〜図３Ｊに示すような各符号化モードそれぞれにつき実際に符号化を行って（Ｓ３０２）、その符号化結果による復号画像の品質と符号化するのに必要なビット量を求め、その２つの結果が符号化効率の観点で最も良い符号化モードを選択することを行う（Ｓ３０４）。これにより、初期値を変えない場合での最高の符号化効率を得ることのできる符号化モードを探索することができる。符号化の分割区間単位である１スライスを構成する全てのマクロブロックについて、このフローを繰り返し（Ｓ３０６）、最適な符号化モードを探索する。続いて、本実施形態の初期値設定を当モードにて行う場合には、選択されたモードの結果について各確率テーブル内のカウンタに記録された回数を集計しておき（Ｓ３０８）、１つのスライス内の全てのマクロブロックについての計算が終了したあとで、最終的に得られたカウンタの値に基づき、各確率テーブルの初期値を算出する（Ｓ３１０）。次に、算出された初期値とステップＳ３００においてあらかじめ設定された初期値との差に基づいて、初期値の最適化を行うかどうかを判定する（Ｓ３１２）。最適化を続けないと判定された場合には、算出された初期値によって再度そのスライスについてのＨｉｇｈ  Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  Ｍｏｄｅによる符号化を行う（Ｓ３１４）。こうすることにより、最適な初期値探索と同時にＨｉｇｈ  Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  Ｍｏｄｅによる符号化を行うことができる。また、この作業を、そのスライスについて、設定した確率テーブルの初期値と、上記算出後に最終的に得られる確率テーブルの値とが一定範囲内に収束するまで行うことにより、最適な初期値と、その初期値による効率最大の符号化結果を得ることができる符号化モードを探索できる。
なお、ここで説明した初期値の算出方法は本実施形態の一例であり、他の方法によって初期値を算出することとしても良い。例えば、初期値となるべきいくつかの候補値と、それらの候補値を使うことが適当であるような動画像の信号値変動の性質との関係を調べておき、符号化時には事前符号化をせず、符号化すべき動画像の信号値変動の解析のみを行い、それから用いられるべき初期値を判断するようにしても良い。
また本実施形態ではＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式に準じた構成について述べたが、本発明はＨ．２６Ｌ方式あるいは動画像符号化方式に限定されることはなく、符号化対象信号に対して分割区間単位での算術符号化が行われ、かつ区間毎に算術符号化の確率関連情報が初期化されるような、様々な信号符号化方式に適用可能である。
次に、設定情報付加部（設定情報付加手段に相当）３０が確率テーブルの初期値に関する設定情報をヘッダに付加する方法について説明する。
設定情報をヘッダに含ませる手法としては、初期値を２値化し、それをそのまま固定長の符号として含ませることとしてもよいし、ハフマン符号等によるエントロピー符号化を用いて伝送しても良い。ハフマン符号を利用する場合には例えばＨ．２６Ｌで用いられている、ＵＶＬＣ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  ＶＬＣ）を用いても良い。ＵＶＬＣによる符号化の例を図７に挙げる。図７のように定義すれば、どのような初期値でも符号化することができる。なお、設定情報を通知するタイミングは、対象のレイヤ内の算術符号化データより前である必要がある。シーケンスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータ伝送の例について図８を参照しながら説明する。
図８によれば、シーケンスの符号化を開始し（Ｓ４００）、前述の初期値決定を行った後（Ｓ４０２）、決定した初期値を出力する（Ｓ４０４）。その後、フレームレイヤの符号化を開始し（Ｓ４０６）、続いてスライスレイヤの符号化を開始する（Ｓ４０８）。スライスレイヤの符号化において、決定した初期値によって確率テーブルの初期化を行い（Ｓ４１０）、その確率テーブルを用いてスライスレイヤ内の算術符号化を行う（Ｓ４１２）。算術符号化が終了すると、算術符号化済データを通知し（Ｓ４１４）、スライスレイヤの符号化が終了する（Ｓ４１６）。以下、同様にしてフレーム内の全てのスライスレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ４１８）、フレームレイヤの符号化が終了すると（Ｓ４２０）、同様にしてシーケンス内の全てのフレームレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ４２２）、全てのフレームを符号化するとシーケンスレイヤの符号化は終了する（Ｓ４２４）。
図２３は、図８に示す処理によって生成されるデータフォーマットを示す。図２３に示すデータフォーマットには、シーケンスヘッダ１０１０と、フレームヘッダ１０１１と、スライスヘッダ１０１２及び１０１４、スライスの画像データ１０１３及び１０１５と、設定情報の符号化データ１０１６とが含まれている。シーケンスヘッダ１０１０は、シーケンスの開始を示すものである。シーケンスヘッダ１０１０には、例えば、画像サイズ、順次走査か飛び越し操作かといったシーケンス全体に関する共通情報が格納される。フレームヘッダには、フレーム内符号化もしくはフレーム間符号化といった符号化の種類を示す情報のようにフレーム画像に関する共通情報が格納される。図２３においては、シーケンスの第１フレームのフレームヘッダ１０１１が示されている。スライスヘッダには、スライスにおけるデータを量子化するための量子化ステップ初期値といったスライスに関する共通情報が格納される。図２３においては、第１フレームにおける第１スライスのスライスヘッダ１０１２と、第２スライスのスライスヘッダ１０１４が示されている。図８に示す処理では、算術符号化に用いられる初期値に関する設定情報の符号化データ１０１６は、シーケンスヘッダ１０１０内に格納される。
本実施形態では確率テーブルの初期値の情報をシーケンスヘッダに含ませて通知することとしているが、シーケンスレイヤよりも下位のレイヤにあたるフレームレイヤ、スライスレイヤのヘッダに設定情報を入れるようにしても良い。この場合、シーケンスヘッダに入れる場合に比べて頻繁に設定情報を変動させることができるため、シーンチェンジにより途中で映像の特徴が大きく変わることが頻繁にある動画像や、動きが激しく同じフレーム内で動画像の特徴が大きく変わるような動画像の場合などのように、同一シーケンスの中でも確率テーブルの初期化時に用いられるべき設定情報を様々に変化させた方がよい場合に効果がある。この場合、初期値は当該フレーム・スライス内の符号化結果をもとにフレーム毎、スライス毎に判断することが望ましい。
なお、各フレームレイヤ・スライスレイヤに設定情報を入れると、追加する設定情報の情報量が初期値を変更することによる効果分より大きくなってしまい、全体として符号化効率が上がらなくなるということもある。そのため、設定情報の変更があるか否かを示すフラグを各フレームレイヤのヘッダまたは各スライスレイヤのヘッダ、あるいはその両方に含ませることとし、初期値の変更による効果が十分ある場合には、フラグをＯＮにするとともに設定情報を通知し、効果が少ないと判断される場合にはフラグをＯＦＦとして設定情報は通知しないようにすることとしても良い。この際、初期値を通知しないとしたときに初期化に用いる設定情報としては、直前のスライスやフレームにおいて用いた設定情報でもよいし、シーケンスレイヤやフレームレイヤなど、より上位のレイヤにて決定された設定情報でもよい。前者であれば、動画像にシーンチェンジによる性質変動が生じて、変更した初期値が長く用いられる場合に有効であるし、後者であれば、動画像の性質変化が局所的なものであり、変更した初期値により効率的な符号化が可能となるのが、当該スライスもしくは当該フレームのみとなる場合に効果がある。また、これらの初期値を変更しない場合に用いられる設定情報の判別方法として、以下のような方法を用いることにより、明示的に通知せずとも符号化側と復号側とで設定情報の判別を一致させることができる。すなわち、通常は設定情報の変更が当該スライスのみにて用いられることとして後者のようにより上位のレイヤにて決定された設定情報に回復されることとし、設定情報の変更が複数のスライスもしくはフレームに連続しその回数が一定の閾値を越えた際には、設定情報が持続的に変化したものとして前者のように直前のスライスやフレームにおいて用いた設定情報が用いられることとすることができる。
次に、スライスのヘッダにて設定情報を通知する場合の符号化及びデータ排出手法の一例に関するフローを図９に示す。まず、シーケンスレイヤの符号化が開始され（Ｓ５００）、続いて、シーケンスレイヤ内のフレームレイヤの符号化が開始され（Ｓ５０２）、さらに、フレームレイヤ内のスライスレイヤの符号化が開始される（Ｓ５０４）。まず、スライスレイヤを初期化するための初期値を設定し（Ｓ５０６）、設定された初期値が通知され（Ｓ５０８）、その初期値によって確率テーブルが初期化される（Ｓ５１０）。初期値が設定された確率テーブルによってスライスレイヤの算術符号化が行われ（Ｓ５１２）、算出符号化が終了すると算術符号化済データが通知され（Ｓ５１４）、スライスレイヤの符号化が終了する（Ｓ５１６）。以下、同様にしてフレーム内の全てのスライスレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ５１８）、フレームレイヤの符号化が終了すると（Ｓ５２０）、同様にしてシーケンス内の全てのフレームレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ５２２）、全てのフレームを符号化するとシーケンスレイヤの符号化は終了する（Ｓ５２４）。
図２４は、図９に示す処理によって生成されるデータフォーマットを示す。図２４に示すデータフォーマットには、シーケンスヘッダ１０２０と、フレームヘッダ１０２１と、スライスヘッダ１０２２及び１０２４、スライスの画像データ１０２３及び１０２５と、設定情報の符号化データ１０２６及び１０２７とが含まれている。シーケンスヘッダ１０２０は、シーケンスの開始を示すものである。シーケンスヘッダ１０２０には、例えば、画像サイズ、順次走査か飛び越し操作かといったシーケンス全体に関する共通情報が格納される。フレームヘッダには、フレーム内符号化もしくはフレーム間符号化といった符号化の種類を示す情報のようにフレーム画像に関する共通情報が格納される。図２４においては、シーケンスの第１フレームのフレームヘッダ１０２１が示されている。スライスヘッダには、スライスにおけるデータを量子化するための量子化ステップ初期値といったスライスに関する共通情報が格納される。図２４においては、第１フレームにおける第１スライスのスライスヘッダ１０２２と、第２スライスのスライスヘッダ１０２４が示されている。図９に示す処理では、算術符号化に用いられる初期値に関する設定情報の符号化データ１０２６、１０２７はそれぞれ、対応するスライスヘッダ１０２２、１０２４に格納される。
なお、フレームレイヤのヘッダにて設定情報を通知する場合に関しても、初期値決定と初期値情報通知をフレームレイヤの開始とスライスレイヤ開始の間に行うようにすればよい。
また、ヘッダに含ませる設定情報については、設定情報として確率テーブルの初期値をそのまま送るのではなく、前述の前フレームやスライスの初期値との差分を送っても良いし、より上位のレイヤにて設定された初期値との差分を送ることとしても良い。このような形で設定情報を含ませることにより、ハフマン符号等によるエントロピー符号化により設定情報を通知する場合には、設定情報の発生確率を偏らせることができるので、適切な可変長符号の設計によって設定情報に必要なオーバーヘッドを低減することができる。
次に、第１実施形態にかかる動画像符号化プログラムについて説明する。この動画像符号化プログラムは、コンピュータに上述した動画像符号化方法を実行させるためのプログラムである。すなわち、この動画像符号化プログラムは、符号化対象フレームをマクロブロックに分割するステップ（Ｓ１００）と、動き補償フレーム間予測（Ｓ１０２）及び直交変換及び量子化（Ｓ１０３）を含む変換ステップ（ステップＳ１０１）と、確率テーブルの初期値の設定及び設定情報の導出（Ｓ１０５、設定情報導出ステップ）及び算術符号化（Ｓ１０６）を含む符号化ステップ（Ｓ１０４）と、設定情報を含むヘッダを符号化信号に付加するステップ（Ｓ１０７、設定情報付加ステップ）とをコンピュータに実行させるプログラムである。かかる動画像符号化プログラムは、例えば、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として提供されるものである。
次に、第１実施形態に係る動画像符号化方法及び動画像符号化装置の効果について説明する。
図１に示した動画像符号化方法においては、フレーム画像Ｄ１に対して動き補償や直交変換などのデータ変換操作を行ってエントロピー符号化対象の量子化直交変換係数Ｄ６とした後、その量子化直交変換係数Ｄ６を所定の確率テーブルを用いて算術符号化することによって、データ圧縮された符号化データＤ７を生成する。そして、符号化データＤ７を最終的に出力する際に、確率テーブルの初期値をヘッダに挿入している。
これにより、算術符号化に利用する確率テーブルの初期値を符号化側で自由に設計できるようになる。すなわち、本実施形態で説明したように符号化対象の動画像の特性に合うような値に初期値を設定することにより、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。
また、本実施形態に係る動画像符号化装置も、上記動画像符号化方法と同様に、確率テーブルの初期値をヘッダに挿入するので各分割区間単位で適切な初期値を設定することができる。本実施形態で説明したように、符号化対象の動画像の特性に合うような値に初期値を設定することにより、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。
次に、本発明を利用した動画像復号方法及び動画像復号装置について説明する。
図１０は、本発明による動画像復号方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。本復号方法は、図１に示した動画像符号化方法によって生成された符号化データＤ７に対して所定の復号操作及びデータ復元操作を行って、入力フレーム画像Ｄ１に対応する画像として出力フレーム画像Ｄ１０を復元する動画像復号方法である。
図１０に示した画像復号方法においては、まず、符号化データＤ７に対して逆算術符号化を用いてエントロピー復号を行い、空間周波数によって表された画像データである複数の量子化直交変換係数Ｄ６を生成する（Ｓ２０１、復号ステップ）。
また符号化データＤ７は、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤによる階層構造を有しており、各スライスレイヤにおいて、確率テーブルの初期化を行う。ここで、本実施形態においては、確率テーブルの初期値をヘッダに付加された設定情報に基づいて確率テーブルの初期値を設定する。すなわち、符号化データＤ７に対して適用される確率テーブルの初期値が、符号化データＤ７のヘッダにおいて通知され、これが確率テーブルの初期値として設定される（Ｓ２０２）。そして、この初期値により初期化された確率テーブルを用いて符号化データＤ７を逆算術符号化して（Ｓ２０３）、周波数画像データである量子化直交変換係数Ｄ６とする。
次に、フレーム画像内にあるマクロブロックのそれぞれについての画像データである量子化直交変換係数Ｄ６に対して所定のデータ復元操作を行って、フレーム画像を復元する（Ｓ２００、復元ステップ）。本実施形態においては、この復元ステップは、２つのステップＳ２０４、Ｓ２０５からなる。
具体的には、量子化直交変換係数Ｄ６に対して逆量子化操作及び逆直交変換操作を順次行って、空間座標によって表された画像データ（空間画像データ）Ｄ９を生成する（Ｓ２０４、逆直交変換ステップ）。そして、空間画像データＤ９に対して所定のデータ処理操作を行って画像データを変換し、出力フレーム画像Ｄ１０を復元する（Ｓ２０５）。
図１１は、本発明による動画像復号装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
復号対象として入力された符号化データＤ７はエントロピー復号部（初期値設定手段、逆算術符号化手段に相当）２１に入力されて所定の確率テーブルを用いた逆算術符号化によってエントロピー復号され、符号化モード情報Ｄ３と動きベクトルＤ２，及び周波数画像データである量子化直交変換係数Ｄ６等を生成する。ここで、エントロピー復号部２１における逆算術符号化に用いられる確率テーブルの設定及び初期化、確率テーブルの初期値の受信については、図１０に示したフローチャートにおける説明として上述したとおりである。
エントロピー復号部２１において復号された量子化直交変換係数Ｄ６は、逆量子化部２２、逆直交変換部２３、動き補償部２４、及び加算器２６を含んで構成された復元手段に入力される。復元手段は、フレーム画像内にあるブロックのそれぞれについての画像データである量子化直交変換係数Ｄ６に対して所定のデータ復元操作を行って、フレーム画像Ｄ１０を復元する。
まず、量子化直交変換係数Ｄ６は、逆量子化部２２及び逆直交変換部（逆直交変換手段）２３によって逆量子化、逆直交変換される。これにより、空間画像データである復元フレーム画像Ｄ９が生成される。この復元フレーム画像Ｄ９は、符号化前のフレーム画像Ｄ５に対応したフレーム画像である。
一方、動きベクトルＤ２は、動き補償部２４へと入力される。動き補償部２４では、エントロピー復号部２１からの動きベクトルＤ２と、フレームメモリ２５に格納されている復号済みのフレーム画像とを用いて、予測フレーム画像Ｄ４が生成される。そして、加算器２６において、復元フレーム画像Ｄ９と予測フレーム画像Ｄ４とが加算されて、復元されたフレーム画像が出力フレーム画像Ｄ１０として出力される。なお，イントラフレーム符号化による符号化がなされていた場合には、復元フレーム画像Ｄ９をそのまま出力フレーム画像Ｄ１０として出力する。
次に、第１実施形態に係る動画像復号プログラムについて説明する。この動画像復号プログラムは、コンピュータに上述した動画像復号方法を実行させるためのプログラムである。すなわち、この動画像復号プログラムは、符号化信号のヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率テーブルの初期値を設定するステップ（Ｓ２０２、初期値設定ステップ）、及び初期値を設定した確率テーブルに基づいて逆算術符号化を行うステップ（Ｓ２０３、逆算術符号化ステップ）を含む復号ステップ（Ｓ２０１）と、復号されたデータを逆量子化及び逆直交変換するステップ（Ｓ２０４）、及び所定のデータ処理操作によって画像データを復元するステップ（Ｓ２０５）を含む復元ステップ（Ｓ２００）とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。かかる動画像復号プログラムは、例えば、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として提供されるものである。
本実施形態による動画像復号方法の効果について説明する。
図１０に示した動画像復号方法においては、符号化データＤ７に対して所定の確率テーブルを用いて逆算術符号化を行って画像データＤ６とした後、その画像データＤ６に対してデータ復元操作を行って、フレーム画像Ｄ１０を復元する。そして、逆算術符号化に使用する確率テーブルの初期値を、ヘッダから読み取った値で設定している。
これにより、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率テーブルを、復号側においても使用することができる。したがって、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率テーブルが好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
次に、本発明の第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について説明する。第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）は、第１実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）と基本的なフローは同じであるので、同じ図面（図１、図２、図１０、図１１）を参照しながら説明する。以下、第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行う。
第２実施形態における動画像符号化方法（装置）では、符号化に用いられた確率テーブルの初期値を、設定情報付加ステップで（設定情報付加手段が）、既知、もしくはヘッダにて通知される初期値リストの中から選択し、設定情報としてヘッダに挿入する点が第１実施形態の動画像符号化方法とは異なる。また、第２実施形態に係る動画像符号化方法をコンピュータに実現させるための第２実施形態の動画像符号化プログラムも、コンピュータに実行させる設定情報導出ステップ及び設定情報付加ステップが第１実施形態の動画像符号化プログラムと異なる。すなわち、第２実施形態の動画像符号化プログラムがコンピュータに実行させる設定情報導出ステップでは、符号化に用いられた確率テーブルの初期値が、既知、もしくはヘッダにて通知される初期値リストの中から選択され、設定情報付加ステップでは初期値リストの中から選択された値が設定情報としてヘッダに挿入される。これにより、第２実施形態の動画像符号化方法（装置）は、第１実施形態の場合と同じく、算術符号化に利用する確率テーブルの初期値を符号化側で指定することができるようになる。このとき指定する初期値を、符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定しておけば、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。さらに、実際に伝送するものが初期値そのものではなく、初期値リスト内の番号であるので、各スライスヘッダにおいて通知することとしても、通知に必要な符号量は大きく増加しないという利点がある。
第２実施形態に係る動画像復号方法（装置）は、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す番号を受け取り、その番号と初期化リストを照合して初期値を取り出し、その値によって当該スライスの初期化を行う。また、第２実施形態に係る動画像復号方法をコンピュータに実行させるための第２実施形態の動画像復号プログラムも、コンピュータに実行させる初期値設定ステップが第１実施形態の動画像復号プログラムと異なる。すなわち、第２実施形態の動画像復号プログラムがコンピュータに実行させる初期値設定ステップでは、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す番号が受け取られ、その番号と初期化リストを照合して確率テーブルの初期値が設定される。このため第２実施形態では、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率テーブルを、復号側においても使用することができる。従って、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率テーブルが好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
以下、初期値リスト内から選択し、選択した初期値を通知する手法について説明する。
動画像の統計情報として、各確率テーブルのシンボルの発生頻度が得られた際、最適な初期値をリスト内から選択する方法としては、［０］と［１］の発生頻度の比を求め、その比に最も近い初期値をリスト内から選択することが望ましい。図１２Ａ〜図１２Ｃに初期値リストとそのコードテーブルの例を示す。例えば頻度が［０］：２０００、［１］：３０００であった場合は、図１２Ａのリスト内から選択するとすれば、（２，３）の初期値を選択することが望ましい。
リスト内から選択した初期値を通知するには、その初期値を示す番号を通知すればよい。この番号の通知方法としては、第１実施形態にて初期値の通知方法として述べたように、固定長の符号を利用したり、ハフマン符号のような可変長符号を利用したりすることができる。特に後者の方法によれば、初期値の発生確率に応じて符号長を決めることができるので、効率的な符号化が行える。ハフマン符号による番号の符号化の例を図１２Ａのコードに示す。この例によれば、初期値の値が小さくなるにつれて符号長が短くなり、効率的に符号化が行える。また、第１実施形態にて述べたように、動画像の特徴の変化の大きさに対応するために、初期値コードに続いて、初期値に対する乗数を示す乗数コードをつけるようにして、既定の初期値の倍数を用いることができるようにしても良い。このようにより大きな初期値を用いることにより、初期化後の学習による確率テーブル更新の影響を制御して、学習途上における確率テーブル更新が算術符号化の効率に悪影響を与えないようにすることができる。
乗数コードの例を図１２Ｂに示す。例えば、図１２Ａにて（２，３）、乗数として２を選択する場合は、（２，３）を示す″１１１００″の後コード″１０″を付加する。これにより初期値を（４，６）として符号化・復号することが可能となる。
なお、これらの初期値リストおよび初期値コードテーブルに関しては一例であり、他の初期値リスト・初期値コードテーブルを用いることも考えられる。例えば０の発生する確率が大変高いことがあらかじめわかっているような場合には、図１２Ｃのように０の確率が高い初期値の符号長が短くなる初期値リスト・初期値コードテーブルを利用すればよい。またこのような複数の初期値リスト・初期値コードテーブルを確率テーブルの種別毎に使い分けるようにしても良い。この場合、使い分けのパターンは、前もって符号化器・復号器で共有しておいても良いし、あるいは初期値リスト毎に番号を割り当てておき、シーケンスヘッダにて、確率テーブルの種別毎に使用する初期値リストを示す情報を送って指定することとしても良い。
また、初期値リスト内にて、あるスライスの符号化に適した初期値が無かった場合には、当該スライスについては初期値の番号ではなく、実際の初期値が通知されることとすることができる。この通知の手法としては、リスト内のどの初期値コードにも当てはまらないエスケープコードが伝送されることとし、その後に初期値の値を通知することが望ましい。こうすることにより、初期値リスト内に算術符号化の効率を向上できるような確率テーブルの初期値が無かった場合においても、適切な初期値を伝送して算術符号化の効率向上を図ることができる。
また、ひとつの初期値番号によって制御できる初期値の数としては、ひとつでもよいし、複数の確率テーブルをグループ化してまとめて制御することとしても良い。前者であれば、細かい初期値設定が可能となるし、後者であれば伝送が必要な初期値番号の情報量を減らすことが出来る。なお、このときの確率テーブルの組み合わせ方として、似た性質を示す符号化要素の確率テーブルを一つにグループ化することが望ましい。例えば、図３Ａ〜図３Ｊに示すマクロブロックモードの符号化においては、用いられる確率テーブルはひとつではなく、モード情報が二値化された情報に対して複数の確率テーブルが用いられて算術符号化が行われる。このようにひとつの符号化要素に関わる確率テーブルであれば、他のテーブルとの相関関係が存在すると思われることから、それらすべてをまとめたひとつのグループで初期値を制御することが望ましい。また、画面全体が暗くなる場合など、スライス全体で輝度が変化するような場合においては、輝度に関わる、ＤＣＴ係数のうちのＤＣ係数に関する性質が変化すると考えられる。ＤＣ係数の符号化においても、用いられる確率テーブルはひとつではなく、ＤＣ係数が２値化された情報に対して複数の確率テーブルが用いられて算術符号化が行われることから、これらの確率テーブルをまとめて処理することが望ましい。
複数の確率テーブルをグループ化してまとめて制御しようとする場合、全ての確率テーブルの初期値をひとつののコードによって制御することとしても良い。例えば、映像のジャンルごとに初期値を定義する方法がある。スポーツ系の映像であれば、動き情報が大きくなる傾向があるので、動きが大きくなるものが効率が良くなるように、それぞれの確率テーブルの初期値のセットを用意して設定するようにすればよいし、風景映像であれば、単純な動きであるので、動きが小さくなるものの効率が良くなるよう設定すればよい。
また、ここではスライスヘッダにて情報を送る手法について説明したが、本実施形態で示したような初期値の番号は、他のシーケンスヘッダやスライスヘッダにて伝送されることとしても良いし、スライスヘッダを含めた複数種類のレイヤにて同時に行われることとしても良い。
次に、本発明の第３実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について説明する。第３実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）は、第１実施形態および第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）と基本的なフローは同じであるので、同じ図面（図１、図２、図１０、図１１）を参照しながら説明する。以下、第１実施形態および第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について第１実施形態および第２実施形態と異なる部分についてのみ説明を行う。
第３実施形態における動画像符号化方法（装置）では、符号化に用いられた確率テーブルの初期値を、設定情報付加ステップにてヘッダに挿入した設定情報と、ヘッダに含まれる既出情報を組み合わせて求める点が第１実施形態および第２実施形態の動画像符号化方法とは異なる。また、第３実施形態に係る動画像符号化方法をコンピュータに実現させるための第３実施形態の動画像符号化プログラムも、コンピュータに実行させる設定情報導出ステップ及び設定情報付加ステップが第１及び第２の実施形態の動画像符号化プログラムと異なる。すなわち、第３実施形態の動画像符号化プログラムがコンピュータに実行させる設定情報付加ステップでは、符号化に用いられた確率テーブルの初期値が、ヘッダに含められる既出の情報とヘッダに挿入する設定情報との所定の方法による組み合わせに変換され、設定情報付加ステップでは符号化信号のヘッダに上記の既出の情報と設定情報とが含められる。これにより、第３実施形態の動画像符号化方法（装置）は、第１実施形態および第２実施形態の場合と同じく、算術符号化に利用する確率テーブルの初期値を符号化側で指定することができるようになる。このとき指定する初期値を、符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定しておけば、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。さらに、ヘッダに既出の情報も用いるため、算術符号化の初期値と画像サイズ、量子化ステップ値、フレーム内符号化・フレーム間符号化などとの相関を利用することにより、初期値の通知に必要な情報量を削減することができる。
第３実施形態に係る動画像復号方法（装置）は、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す設定情報を受け取り、その設定情報とヘッダに既出の情報と組み合わせて初期値を算出し、その値によって当該スライスの初期化を行う。また、第３実施形態に係る動画像復号方法をコンピュータに実行させるための第３実施形態の動画像復号プログラムも、コンピュータに実行させる初期値設定ステップが第１及び第２の実施形態の動画像復号プログラムと異なる。すなわち、第３実施形態の動画像復号プログラムがコンピュータに実行させる初期値設定ステップでは、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す設定情報が受け取られ、その設定情報とヘッダに既出の情報と組み合わせて確率テーブルの初期値が算出される。このため第３実施形態では、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率テーブルを、復号側においても使用することができる。従って、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率テーブルが好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
以下、ヘッダに既出の情報を用いて、初期値を通知する手法について説明する。
動画像の各種ヘッダに記載される情報としては、映像サイズ、量子化ステップ値、タイムコード、フレームの符号化種類（フレーム内、フレーム間）などがある。これらのパラメータは符号化する映像パラメータと密接な相関がある。たとえば映像サイズと、映像内の動きの大きさを表す動きベクトルの間には、映像サイズが大きくなればなるほど動きベクトルも大きくなりやすい、という相関関係がある。また量子化ステップ値が大きくなると、直交変換係数が小さくなったり、０になったりすることが多くなる。タイムコードからは一定時間当たりのフレーム数がわかるため、動きベクトルの大きさの傾向の目安となる。
これらのヘッダ情報と初期値情報を組み合わせる方法としては、大まかな初期値の値をヘッダに既出となる情報で決定し、細かい調整を初期値設定情報にて行うようにすればよい。ヘッダ情報から初期値を決定する例を図１７に示す。図１７は、動きベクトル情報の符号化に用いる確率テーブルの１つを示している。図１７に示すｂｉｎ番号は、動きベクトル情報をあらわすバイナリ信号の各Ｂｉｔを示しており、０の初期値・１の初期値はそれぞれ各ｂｉｎにおける算術符号化の確率テーブルの初期値をあらわしている。また、この例では、画像サイズがＱＣＩＦ（１７６ｘ１４４ピクセル）である場合と、ＣＩＦ（３５２ｘ２８８ピクセル）である場合によって、確率テーブルの初期値を変動させている。例えばｂｉｎ番号０は、動きベクトルが存在するかしないか、つまり動きの有無を示すコンテクストであるが、ＱＣＩＦサイズでは動きとして判別できない動きも、ＣＩＦサイズになると判別できるようになることが増えるため、このｂｉｎにおけるシンボルの発生確率に差がつくことが予想される。そこで図１７のように初期値に差をつけることにより、初期値として採用すべき値に近づけることができる。そしておおまかな初期値に対し加減算するための値を設定情報としてヘッダに付与する。この設定情報は、第１実施形態にて述べたような手法にて値をそのまま付与してもよいし、第２実施形態にて述べたようにリストを用意し、その中から選択した値を固定符号や可変長符号にて付与してもよい。図１８に、第２実施形態にて述べたリストによる初期値設定の例を示す。この例によれば、直接初期値を指定するよりも少ない情報量で符号化が可能となる。
なお、ここで示したヘッダ情報と初期値情報を組み合わせる方法に関しては一例であり、他の方法を用いることも考えられる。例えば、初期値設定情報を、図１８で示すような加減算のための値ではなく、図１２Ｂで示した乗数コードとしてもよいし、両方のコードを用意して置き，共に用いるようにしても良い。またヘッダに既出の情報を用いた初期値リストを複数用意しておき、初期値設定情報として使用するリストを示すコードを通知することとしても良い。その例を図１９に示す。図１９では、画面サイズによるｂｉｎ０の切り替えに加え、同一画面サイズにおいて、動きの大きさによって３通りの初期値リストを用意し、利用したリスト情報を初期値設定情報としている。また、使用するヘッダ既出情報の種類は１種類でも良いし複数種類でも良い。
またヘッダ既出情報を組み入れた計算式から初期値を算出しても良い。例えば量子化ステップ値は、Ｈ．２６Ｌでは０から３１まで１刻みで設定できるため、全ての量子化ステップに対し図１７，１９のようなリストを設定していては、リストの情報量が多くなり、メモリを圧迫することが考えられる。そこで量子化ステップ値を用いた関数式にて初期値設定を行うことにより、メモリ消費を抑えることができる。関数式の一例として、直交変換係数を符号化するコンテクストの初期値の場合を示す。直交変換係数においては、量子化ステップ値が小さくなると係数が０となる確率が下がり、逆に量子化ステップ値が大きくなると係数が０となる確率が上がる。以下に関数式の例を挙げる
ｌｎｉ（０）＝（設定値）＋ＱＰ／１０
ｌｎｉ（１）＝（設定値）−ＱＰ／１０  （ＱＰ：量子化ステップ値）
ここで上記の関数で求められた０の初期値をＩｎｉ（０）とし、１の初期値をＩｎｉ（１）とする。また、設定値とはヘッダに付与する初期値設定情報から、上記コードテーブルなどで導出する値である。上記例のようにすることによって、量子化ステップ値を初期値設定に有効に利用することができ、初期値設定情報に必要な情報量を減らすことが出来る。なお、ここでは既出ヘッダ情報として量子化ステップ値を利用したが、その他のパラメータでもよい。たとえば，スライスヘッダには、スライス内のマクロブロック数、つまりスライスの大きさが記載される。このためスライス内マクロブロック数からは、学習可能期間がわかるため、この値によって初期値設定情報に対して乗算する値を変え、学習速度を制御させてもよい。
次に、本発明の第４実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について説明する。本実施形態では算術符号化方式として図２０のような確率状態遷移図を利用する。状態遷移図に関して詳しくは「小野文孝，渡辺裕共著，“国際標準画像符号化の基礎技術”，コロナ社」を参照されたい。ここでは簡単に説明をする。また算術符号化方式以外の第４実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）については第３実施形態までの実施例とフローは同じであるので、説明は省略する。
状態遷移図による算術符号化では，確率の変動・適応化を、複数の確率状態を持った確率推定テーブル上を遷移させていくことにより行う。図２０は確率推定テーブルの状態遷移図の一例である。ここでは、０と１のうち発生数が支配的であるほうを優性シンボル、逆を劣性シンボルとして扱う。図２０のうち＃が状態を示すアドレス値、ＬＳＺが劣性シンボルの確率の１６進数表記、ＮＭが優性シンボルが選択されたときの次に遷移する状態のコード値、ＮＬが劣性シンボルが選択されたときの次に遷移する状態のアドレス、ＳＷがその状態において劣性シンボルが選択された際に、優性シンボルと劣性シンボルを切り替えることを示している。＃０の状態において、確率はほぼ５０％に設定されている。
図２０を用いた算術符号化においては、まず初期状態として＃０、すなわち優性シンボルと劣性シンボルの確率がほぼ同一であるところからスタートする。そして符号化の際に＃０のＬＳＺを確率に適用した後、選択されたシンボルによって、別の状態へと確率を遷移させる。例えば＃０において優性シンボルが選択された場合は、＃１に遷移し、次のシンボルの符号化では＃１のＬＳＺを計算に適用する。逆に劣性シンボルが選択された場合には＃１に遷移すると共に、優性シンボルと劣性シンボルを入れ替える。このように徐々に遷移させていくことによって、確率を符号化対象に適用させながら変動させていくことが可能となっている。また遷移図の構成としては、確率を早く定常的な値へと学習させるために、状態遷移による確率の変動を、符号化開始時は大きく変化させ、符号化が進むにつれて小さく変化するように設定されている。例にあげた図２０の遷移図においては＃０から＃５、＃６から＃１３、＃１４から＃４５までの３段階に分けられている。
第４実施形態における動画像符号化方法（装置）では、符号化に用いられた状態遷移図の初期状態を、設定情報付加ステップにて付与する。これにより、第４実施形態の動画像符号化方法（装置）は、これまでの実施形態の場合と同じく、算術符号化に利用する確率の初期値を符号化側で指定することができるようになる。このとき指定する初期値を、符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定しておけば、確率が初期化された直後に、状態遷移による確率の変動が定常化状態へと進むまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。
第４実施形態に係る動画像復号方法（装置）は、ヘッダにて状態遷移図の初期状態を示す設定情報を受け取り、その値によって当該スライスの初期化を行う。このため第４実施形態では、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率を、復号側においても使用することができる。従って、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率が好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
以下、状態遷移図の初期状態を通知する手法について説明する。
初期状態を通知する手法としては、状態を示す番号を固定符号や可変長符号に変換し、ヘッダに付与することが考えられる。しかしながら、図２０の状態遷移図では４６状態存在しているため、用意すべき符号長が大きくなり、また平均符号長も長くなってしまうという問題がある。そこで第３実施形態にて述べたように、ヘッダに既出の情報を用いて付与する情報量を削減することが望ましい。その例を図２１，２２に示す。図２１では動きベクトルの算術符号化に関する状態遷移図の初期状態を、既出のパラメータである画面サイズを利用して定めている。ここで、ｂｉｎ番号は第３実施形態で示したものと同じく、動きベクトル情報の各ビットの番号であり、初期開始位置はそのビットのコンテクストにおける、状態遷移図の初期状態番号、優性シンボルは、「０」と「１」のうち初期状態において優性シンボルとするシンボルを示している。図２２は、図２１に示したｂｉｎごとの初期開始位置を変換するための設定情報を定めている．図２２において「番号」は各設定情報に設けられた通し番号であり，遷移値は図２１の初期状態番号からの遷移量を示す。「方向」は、遷移の方向を示すものであり、遷移の方向によって正負の値が割り当てられている。「コード」は各設定情報に割り当てられた可変長符号であり、この符号を各種ヘッダに含ませることにより、設定情報の付加が可能となる。
図２１と図２２による復号時の初期状態番号の設定の手順を図２５に示す．図２５に示すように、復号時の初期状態番号の設定を行うために、まず映像情報のヘッダから映像の大きさに関わるデータを読み取る（Ｓ６０１）。次に、ｂｉｎＮに関わる情報として、ヘッダからｂｉｎＮに関する設定情報Ｓを読み取る（Ｓ６０２）。次に、上記の映像の大きさから図２１に示すｂｉｎＮの初期開始位置Ｐ０、優性シンボルＭ０を読み取る（Ｓ６０３）。そして、設定情報Ｓに基づき、初期開始位置Ｐ０、優性シンボルＭ０を変換させ、変換初期開始位置Ｐ、変換優性シンボルＭを得る（Ｓ６０４）。設定情報Ｓによる変換方法は、遷移値がプラス方向であるならば、その遷移値回数分ＭＰＳ側が選択されたとして、遷移値がマイナスであれば、遷移値回数分ＬＰＳが選択されたとして、状態遷移図上を遷移させることにより行う。例えば、状態遷移図を図２０とし、初期開始状態Ｐ０・・・３０、優性シンボルＭ０＝１、設定情報Ｓの遷移値・・・３であったならば、求める変換初期開始位置Ｐは３３となる。この場合では変換優性シンボルＭはＭ０と変わらず１となる。このように変換されて得られたＰ，ＭをｂｉｎＮの初期開始位置として設定する（Ｓ６０５）。その後この処理をすべてのｂｉｎについて繰り返す（Ｓ６０６、Ｓ６０７）。なお、これらの初期状態コードテーブルや変換方法は一例であり、他の初期状態コードテーブルや変換方法を用いることもできる。
またここでは画面サイズ情報を利用したが、これは一例であり、これに限定するものではない。例えば画像符号化するための符号化条件である量子化パラメータ値を用いて、第３実施形態で示した関数式を定義して初期状態を設定するようにしてもよく、画像をフレーム内もしくはフレーム間で符号化するかに関する情報を用いてもよい。また，図２０の状態遷移図のように、確率の変動が段階的になっている場合には、開始時の確率変動を変更できるように、設定情報にて、どの変動状態から開始するようにするか伝えてもよい。例えば図２０においては、＃０と＃６と＃１４は同一確率であるが、確率変動の傾きが異なっている。そこで、上記の各状態に対し固定符号や可変長符号を割り当て、設定情報としてヘッダに付与するようにしてもよい。
次に、第４実施形態に係る動画像符号化方法をコンピュータに実現させるための第４実施形態の動画像符号化プログラムについて説明する。この動画像符号化プログラムがコンピュータに実行させる設定情報付加ステップでは、符号化に用いられた初期の確率テーブルが関連付けられている初期の状態番号がヘッダに付与する上記の既出の情報と上記の設定情報との所定の方法による組合わせに変換される。また、符号化ステップにおいては、上述したように状態遷移図を用いて状態番号を遷移させることによって確率テーブルを更新しつつ算術符号化が行われる。また、設定情報付加ステップにて、上記の既出の情報と設定情報とが、符号化信号に付加するヘッダに含められる。
次に、第４実施形態に係る動画像復号方法をコンピュータに実現させるための第４実施形態の動画像復号プログラムについて説明する。この動画像復号プログラムがコンピュータに実行させる設定初期値設定ステップでは、符号化に用いられた初期の確率テーブルが関連付けられている初期の状態番号がヘッダに付与された上記の既出の情報と上記の設定情報との所定の方法による組合わせによって導出される。また、逆算術符号化ステップでは、上述したように状態遷移図を用いて状態番号を遷移させることによって確率テーブルを更新しつつ逆算術符号化が行われる。
上記第３、第４の実施形態で、第２の実施形態のようにリストにて初期値設定情報および初期状態設定情報を設定する場合においては、ひとつの初期値設定情報および初期状態設定情報によって制御できる初期値の数としては、ひとつでもよいし、複数の確率情報をグループ化してまとめて制御することとしても良い。前者であれば、細かい初期確率設定が可能となるし、後者であれば伝送が必要な初期値設定情報および初期状態設定情報の情報量を減らすことが出来る。なお、このときの確率情報の組み合わせ方として、似た性質を示す符号化要素の確率情報を一つにグループ化することが望ましい。例えば、図３Ａ〜図３Ｊに示すマクロブロックモードの符号化においては、用いられる確率情報はひとつではなく、モード情報が二値化された情報に対して複数の確率情報が用いられて算術符号化が行われる。このようにひとつの符号化要素に関わる確率情報であれば、他の確率情報との相関関係が存在すると思われることから、それらすべてをまとめたひとつのグループで初期値を制御することが望ましい。また、画面全体が暗くなる場合など、スライス全体で輝度が変化するような場合においては、輝度に関わる、ＤＣＴ係数のうちのＤＣ係数に関する性質が変化すると考えられる。ＤＣ係数の符号化においても、用いられる確率情報はひとつではなく、ＤＣ係数が２値化された情報に対して複数の確率情報が用いられて算術符号化が行われることから、これらの確率情報をまとめて処理することが望ましい。
複数の確率情報をグループ化してまとめて制御しようとする場合、全ての確率情報の初期値をひとつのコードによって制御することとしても良い。例えば、映像のジャンルごとに初期値を定義する方法がある。スポーツ系の映像であれば、動き情報が大きくなる傾向があるので、動きが大きくなるものが効率が良くなるように、それぞれの確率情報の初期値のセットを用意して設定するようにすればよいし、風景映像であれば、単純な動きであるので、動きが小さくなるものの効率が良くなるよう設定すればよい。
最後に、本発明による信号伝送システムの実施形態について説明する。ここでは、映像情報を符号化して伝送する画像伝送システムを例として説明する。図１３は、実施形態に係る画像伝送システム（例えば、モバイル映像伝送システム）の構成を示す図である。画像伝送システムは、図１に示した画像符号化方法が実現される画像符号化装置（例えば、図２に示した画像符号化装置）と、図１０に示した画像復号方法が実現される画像復号装置（例えば、図１１に示した画像復号装置）とを備えて構成される。
本システムにおいて、入力フレーム画像Ｄ１は、画像符号化装置１において符号化されて符号化データＤ７が生成され、有線または無線の所定の伝送路へと出力される。そして、画像符号化装置１から伝送路を伝送された符号化データＤ７は、画像復号装置２に入力され、出力フレーム画像Ｄ１０として復元される。
このような画像伝送システムによれば、それぞれの分割区間単位で画像データが効率良く符号化されて、効率的に画像を伝送することができる。
産業上の利用可能性
本発明によれば、効率的に符号化できる信号符号化方法、信号符号化装置、及び信号符号化プログラム、符号化された信号を効率的に復号できる信号復号方法、信号復号装置、及び信号復号プログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
図１は、画像符号化方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。
図２は、画像符号化装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
図３Ａ〜図３Ｊは、動き補償に用いられる符号化モードの一例を示す模式図である。
図４Ａ〜図４Ｂは、画像データの直交変換について示す図である。
図５は、算術符号化を用いた画像符号化方法の一例を示すフローチャートである。
図６は、Ｈｉｇｈ  Ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ  Ｍｏｄｅ上での初期化処理の流れを示す図である。
図７は、ＵＶＬＣによる符号化の例を示す図である。
図８は、シーケンスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータ伝送の例について説明する図である。
図９は、スライスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータ伝送の例について説明する図である。
図１０は、画像復号方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。
図１１は、画像復号装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
図１２Ａ〜図１２Ｃは、初期値リストとそのコードテーブルの例を示す図である。
図１３は、画像伝送システムの一実施形態の構成を示す模式図である。
図１４は、算術符号化に用いられる確率テーブルの一例を示す表である。
図１５は、図１４に示した確率テーブルを用いた文字列の符号化について示す図である。
図１６は、図１４に示した確率テーブルを用いた文字列の復号について示す図である。
図１７は、ヘッダ情報から初期値を決定する例を示す図である。
図１８は、第２実施形態で述べたリストによる初期値設定の例を示す図である。
図１９は、ヘッダに既出の情報を用いた初期値リストを複数用意しておき、初期値設定情報として使用するリストを示すコードを通知する例を示す図である。
図２０は、確立状態遷移図の例を示す図である。
図２１は、動きベクトルの算術符号化に関する状態遷移図の初期状態を、既出のパラメータである画面サイズを利用して定めた例を示す図である。
図２２は、設定情報の例を示す図である。
図２３は、シーケンスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータフォーマットを概略的に示す図である。
図２４は、スライスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータフォーマットを概略的に示す図である。
図２５は、状態遷移図を用いた算術符号化における初期状態番号の設定の手順を示す図である。
【図１】
2003092169.tif 000003
【図２】
2003092169.tif 000004
【図３Ａ】
2003092169.tif 000005
【図３Ｂ】
2003092169.tif 000006
【図３Ｃ】
2003092169.tif 000007
【図３Ｄ】
2003092169.tif 000008
【図３Ｅ】
2003092169.tif 000009
【図３Ｆ】
2003092169.tif 000010
【図３Ｇ】
2003092169.tif 000011
【図３Ｈ】
2003092169.tif 000012
【図３Ｉ】
2003092169.tif 000013
【図３Ｊ】
2003092169.tif 000014
【図４Ａ】
2003092169.tif 000015
【図４Ｂ】
2003092169.tif 000016
【図５】
2003092169.tif 000017
【図６】
2003092169.tif 000018
【図７】
2003092169.tif 000019
【図８】
2003092169.tif 000020
【図９】
2003092169.tif 000021
【図１０】
2003092169.tif 000022
【図１１】
2003092169.tif 000023
【図１２Ａ】
2003092169.tif 000024
【図１２Ｂ】
2003092169.tif 000025
【図１２Ｃ】
2003092169.tif 000026
【図１３】
2003092169.tif 000027
【図１４】
2003092169.tif 000028
【図１５】
2003092169.tif 000029
【図１６】
2003092169.tif 000030
【図１７】
2003092169.tif 000031
【図１８】
2003092169.tif 000032
【図１９】
2003092169.tif 000033
【図２０】
2003092169.tif 000034
【図２１】
2003092169.tif 000035
【図２２】
2003092169.tif 000036
【図２３】
2003092169.tif 000037
【図２４】
2003092169.tif 000038
【図２５】
2003092169.tif 000039
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月26日(2004.10.26)
【手続補正１】
【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】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を備えることを特徴とする信号符号化方法。
【請求項２】
前記設定情報導出ステップでは、前記確率関連情報の初期値自体を前記設定情報とすることを特徴とする請求項１に記載の信号符号化方法。
【請求項３】
前記設定情報導出ステップでは、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、あらかじめ定められた値との差分を前記設定情報とすることを特徴とする請求項１に記載の信号符号化方法。
【請求項４】
前記設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、
前記設定情報付加ステップでは、前記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に該当する候補を前記リスト内から選択し、その識別子を設定情報としてヘッダに含ませることを特徴とする請求項１に記載の信号符号化方法。
【請求項５】
前記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報が前記リスト内に存在しない場合には、前記設定情報付加ステップでは、リストに格納された候補以外の識別情報であることを示す識別子と共に、前記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報をヘッダに含ませることを特徴とする請求項４に記載の信号符号化方法。
【請求項６】
前記符号化ステップにおいて、前記符号化対象信号を符号化する際に、前記符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて前記確率関連情報を更新し、更新された確率関連情報によって符号化対象信号の算術符号化が行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項７】
前記設定情報導出ステップでは、前記分割区間単位の符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合を分析し、その発生割合に基づいて前記設定情報を導出することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項８】
前記設定情報付加ステップにおいて付加されるヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含み、
前記設定情報が前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報と同じ場合には、前記設定情報付加ステップでは前記有無フラグを無とすると共に前記設定情報をヘッダに含ませないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項９】
前記符号化対象信号は、映像情報に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の信号符号化方法。
【請求項１０】
前記映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記設定情報付加ステップでは、前記シーケンスレイヤ、前記フレームレイヤ、前記スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに前記設定情報を含ませることを特徴とする請求項９に記載の信号符号化方法。
【請求項１１】
前記映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記設定情報付加ステップでは、前記スライスレイヤのヘッダに前記設定情報を含ませることを特徴とする請求項９に記載の信号符号化方法。
【請求項１２】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと
を備えることを特徴とする信号復号方法。
【請求項１３】
前記初期値設定ステップでは、前記ヘッダに含まれる設定情報自体を初期値として設定することを特徴とする請求項１２に記載の信号復号方法。
【請求項１４】
前記初期値設定ステップでは、前記ヘッダに含まれる設定情報にあらかじめ定められた値を加えた値を初期値として設定することを特徴とする請求項１２に記載の信号復号方法。
【請求項１５】
前記確率関連情報の初期値として用いられる設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、
前記ヘッダには、設定情報として前記リスト内から選択された候補の識別子が含まれており、
前記初期値設定ステップは、ヘッダに含まれる識別子に基づいて前記リストから設定情報を抽出し、抽出された設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項１２に記載の信号復号方法。
【請求項１６】
前記ヘッダに含まれる識別子が前記リスト内に存在しない場合には、前記初期値設定ステップは、ヘッダに含まれる設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項１５に記載の信号復号方法。
【請求項１７】
前記逆算術符号化ステップにおいて、前記符号化信号を逆算術符号化する際に、前記符号化信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて前記確率関連情報が更新され、更新された確率関連情報によって符号化対象信号の逆算術符号化が行われることを特徴とする請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項１８】
前記ヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含まれており、
前記初期値設定ステップは、前記有無フラグが無であった場合には前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項１９】
前記符号化信号は、映像情報に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号を符号化したものであることを特徴とする請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の信号復号方法。
【請求項２０】
前記符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記初期値設定ステップでは、前記シーケンスレイヤ、前記フレームレイヤ、前記スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに含まれる前記設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項１９に記載の信号復号方法。
【請求項２１】
前記符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、前記フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、
前記初期値設定ステップでは、前記スライスレイヤのヘッダに含まれる前記設定情報に基づいて前記確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする請求項１９に記載の信号復号方法。
【請求項２２】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出手段と、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段と、
を備えることを特徴とする信号符号化装置。
【請求項２３】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、
前記初期値設定手段によって初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段と、
を備えることを特徴とする信号復号装置。
【請求項２４】
符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行うための信号符号化プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる前記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、
前記設定情報に基づいて、前記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、
前記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に前記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと
を実行させることを特徴とする信号符号化プログラム。
【請求項２５】
符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、
コンピュータに、
前記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、
前記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと、
を実行させることを特徴とする信号復号プログラム。
【手続補正２】
【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】
本発明は、モバイル映像伝送システムなどの画像伝送システムに好適に適用することが可能な信号符号化方法、信号復号方法、信号符号化装置、信号復号装置、信号符号化プログラム、及び信号復号プログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、動画像の符号化方式として、ＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６ｘシリーズやＩＳＯ/ＩＥＣ  ＭＰＥＧシリーズなどの国際標準化動画像符号化方式が知られている。これらの動画像符号化方式においては、フレーム画像を分割したマクロブロックのそれぞれの画像に対して、動き補償（ＭＣ：Motion Compensation）や離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform）などの所定のデータ変換操作を行うことによって、符号化対象となる画像データが作成される。
【０００３】
また、データ変換操作によって作成された画像データは、さらにエントロピー符号化されて、画像伝送に用いられる圧縮データである符号化データとなる。このようなエントロピー符号化方法の１つとして、算術符号化（ＡＣ：Arithmetic Coding）が用いられている。以下、算術符号化の概要について述べるが、算術符号化の詳細については、Ｍ．ネルソン／Ｊ．-Ｌ．ゲィリー著  萩原剛志／山口英訳「データ圧縮ハンドブック」等を参照されたい。
【０００４】
一般に、複数種類のシンボルを組み合わせた情報源系列（シンボル系列）に対して算術符号化を行う場合、まず、［０．０，１．０）の数直線（確率数直線）上において、それぞれのシンボルに対して、シンボルの出現確率に応じて一定の区間を割り当てる。このとき、シンボルと数直線上の区間との対応関係を表したものは、確率テーブルと呼ばれる。算術符号化によって情報源系列をエントロピー符号化する際には、この確率テーブルを参照することによって、情報源系列を数直線上で表現した符号語が生成される。
【０００５】
ここで、図１４〜図１６を参照して、算術符号化について説明する。具体的には、文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」を符号化対象の情報源系列とし、その算術符号化を例として説明する。
【０００６】
上記した情報源系列内には、Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｈ、Ｉ、Ｍ、Ｒ、Ｔの８種類の文字（シンボル）が現れる。これらの文字に対し、図１４の表に示すように、［０．０，１．０）の数直線（確率数直線）上で、文字列における各文字の出現確率に比例した区間長となるようにそれぞれ区間を割り当てる。この文字と数直線上の区間との対応関係を表す図１４に示した表が、算術符号化に用いられる確率テーブルとなる。
【０００７】
図１５は、図１４に示した確率テーブルを用いた文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」の符号化について示す図である。算術符号化においては、確率テーブルに基づいた区間縮小操作を、情報源系列に含まれる各シンボルに対して順次行うことによって、情報源系列を符号化した符号語を生成する。
【０００８】
図１５に示した例では、まず、符号化対象である文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」の第１の文字「Ａ」に対して、図１４に示した確率テーブルを参照して、数直線上の区間［０，１）を各文字に対応する８個の区間に区分する。そして、それらの区間のうちで、文字「Ａ」に対応する区間［０．０，０．１）へと区間を縮小する。次に、第２の文字「Ｒ」に対して、確率テーブルを参照して、区間［０．０，０．１）を８個の区間に区分する。そして、それらの区間のうちで、文字「Ｒ」に対応する区間［０．０７，０．０８）へと区間を縮小する。
【０００９】
以下、この区間縮小による符号化操作を各文字に対して順次行っていく。そして、最終的に得られた数直線上の区間［０．０７５７４５１５３６，０．０７５７４５１５５２）において、その区間内にある数値「０．０７５７４５１５３６」が、文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」を算術符号化した符号語として生成される。
【００１０】
図１６は、図１４に示した確率テーブルを用いた符号語「０．０７５７４５１５３６」の文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」への復号について示す図である。
【００１１】
図１６に示した例では、まず、復号対象である符号語「０．０７５７４５１５３６」に対して、図１４に示した確率テーブルを参照して、符号語が含まれている区間長０．１の区間［０．０，０．１）を特定する。そして、特定された区間に対応する文字「Ａ」を第１の文字として出力するとともに、（符号語−下限）／（区間長）によって、新たな符号語「０．７５７４５１５３６」を生成する。次に、符号語「０．７５７４５１５３６」に対して、確率テーブルを参照して、符号語が含まれている区間長０．１の区間［０．７，０．８）を特定する。そして、特定された区間に対応する文字「Ｒ」を第２の文字として出力するとともに、新たな符号語「０．５７４５１５３６」を生成する。
【００１２】
以下、この復号操作を符号語に対して順次行っていく。そして、算術符号化された符号語「０．０７５７４５１５３６」から、文字列「ＡＲＩＴＨＭＥＴＩＣ」が復元される。
【００１３】
このように、算術符号化を用いた情報源系列のエントロピー符号化では、情報源系列に含まれるシンボルと数直線上の区間とを対応付けることにより、任意の情報源系列を［０．０，１．０］の数直線上の符号語によって表現することができる。また、シンボルと区間とを対応付ける確率テーブルを各シンボルの出現確率に応じて設定することにより、情報源系列のエントロピー符号化を効率良く行って、符号化によるデータ圧縮の効率を向上することができる。
【発明の開示】
【００１４】
図５は、上述した算術符号化によるエントロピー符号化を用いた動画像符号化方法の一例を示すフローチャートである。図５に示した画像符号化方法では、ＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式で用いられているコンテキストモデリングを用いたＣＡＢＡＣ（Context-based Adaptive Binary Arithmetic Coding）と呼ばれる方法によって、画像データの算術符号化を行っている。ＩＴＵ−Ｔ Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式やＣＡＢＡＣについての詳細は、VCEG-M10 H.26L Test Model Long Term Number 8 (TML-8) draft0 を参照されたい。
【００１５】
Ｈ．２６Ｌ動画像符号化方式での動画像データの符号化においては、まず、符号化対象の画像を所定サイズの画像ブロックに分割する。この画像ブロックは、データ処理の単位となる画像ブロックであり、マクロブロックと呼ばれる。マクロブロック毎にイントラフレーム符号化（Intra-Frame Coding、フレーム内符号化）やインターフレーム符号化（Inter-Frame Coding、フレーム間符号化）、ＤＣＴ等の直交変換などの必要なデータ変換操作を行って、マクロブロック内にある画像を表す画像データを生成する。そして、その画像データに対して、算術符号化などを用いてエントロピー符号化を行って、データ圧縮された符号化データが生成する。
【００１６】
図５に示した動画像符号化方法においては、特に、あらかじめ固定に設定された条件によって符号化を行うのではなく、マクロブロック毎の画像データを符号化する際に、コンテキストモデリングを行っている（ステップＳ９０１、Context Modeling）。コンテキストモデリングを用いた算術符号化では、画像データの符号化に用いる確率テーブルについて、符号化対象のマクロブロックの画像データに対して適用する確率テーブルが、隣接するマクロブロックでの画像符号化の処理結果などの符号化条件を参照して切り換えて設定される。
【００１７】
コンテキストモデリングによる確率テーブルの設定を終了したら、符号化対象の画像データ（例えば複数のＤＣＴ係数）を２値化して、算術符号化を行うべきデータ系列を生成する（Ｓ９０２、Binarization）。そして、２値化されたデータ系列に対して算術符号化を行って（Ｓ９０３、Adaptive Binary Arithmetic Coding）、符号化データを得る。
【００１８】
具体的には、２値化されたデータ系列の各ビットに対し、コンテキストモデリングによって設定された確率テーブルを割り当てて確率評価を行う（Ｓ９０４、Probability Estimation）。そして、割り当てられた確率テーブルを用いてデータ系列を算術符号化し、符号化データである数直線上の符号語を生成する（Ｓ９０５、Arithmetic Coding）。また、算術符号化の処理結果に基づいて、符号化したビットの発生頻度などの情報を確率テーブルへとフィードバックすることによって確率評価を更新し、符号化の傾向を確率テーブルに反映させる（Ｓ９０６、Probability Estimation Update）。
【００１９】
コンテキストモデリングを用いた算術符号化による上記の動画像符号化方法によれば、符号化条件や処理結果に応じて使用する確率テーブルを切り換えることによって、符号化データでの冗長度を低減することが可能である。
【００２０】
ここで、フレーム画像を符号化して得られる符号化データでは、フレーム画像に対応するフレームレイヤに対して、フレームレイヤを１または複数のスライスレイヤに分割して符号化データを作成する場合がある。スライスレイヤは、それぞれのスライスの単位で単独で復号することができるように構成されて、同期コードが付加されたり、パケット化されたりして伝送される。したがっていずれかのスライスにて伝送中に誤りが発生してデータが失われても、次のスライス以降では復号を再開することができる。
【００２１】
また各スライスにおいては、算術符号化に適用される確率テーブルが初期化される。この確率テーブルの初期化は、上記した同期の回復と同様に、エラーの発生により復号不能となった算術符号化情報を復号可能にするなどの効果がある。
【００２２】
この初期化に用いられる確率テーブルの値として、通常は符号化対象の動画像によらず、平均的な一定値が用いられる。このため、符号化対象の画像によってはその性質が平均的な画像の性質から大きく外れているために、確率テーブルの初期値として適切でない場合がある。このような場合、ＣＡＢＡＣでは、符号化を進めながら符号化対象信号に含まれるシンボルの発生割合に基づいて確率テーブルを更新させる。これにより、画像の性質に適した確率テーブルへと学習させていくことができ、最終的には適切な確率テーブルによって効果的に算術符号化を行うことができる。しかしながら、確率テーブルの更新が十分なされる前の学習途上においては、効率的に算術符号化を行うことができない。特に、利用頻度が少なく、更新が十分になされないような確率テーブルにおいては、確率テーブルの学習が十分になされず、効率的な符号化を行うことは困難である。また、確率テーブルは、分割単位ごとに初期化が行われるので、分割単位ごとに確率テーブルを学習させる必要がある。このため、前述したような学習期間が伝送中に定期的に数多く発生し、符号化が非効率になる。
【００２３】
そこで、本発明は上記課題を解決し、効率的に符号化できる信号符号化方法、信号符号化装置、及び信号符号化プログラム、符号化された信号を効率的に復号できる信号復号方法、信号復号装置、及び信号復号プログラムを提供することを目的とする。
【００２４】
このような目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報及び上記既出の情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報及び上記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを備えることを特徴とする。
【００２５】
同様に、本発明に係る信号符号化装置は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出手段と、（２）上記設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報及び上記既出の情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報及び上記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段とを備えることを特徴とする。
【００２６】
同様に、本発明の信号符号化プログラムは、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行うための信号符号化プログラムであって、コンピュータに、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報と該既出の情報に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報及び上記既出の情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報及び上記既出の情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを実行させることを特徴とする。
【００２７】
これらの発明によれば、各分割区間単位において確率関連情報の初期値を導出するための上記の既出の情報と設定情報とがヘッダに含められるで、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析することによって導出されているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
【００２８】
また、本発明に係る信号復号方法は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、（１）上記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり上記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップとを備えることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明に係る信号復号装置は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、（１）上記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり上記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、（２）上記初期値設定手段において初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段とを備えることを特徴とする。
【００３０】
また、本発明に係る信号復号プログラムは、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、コンピュータに、（１）上記符号化信号のヘッダに既出の情報と、該既出の情報に所定の方法によって組合わせることによって上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出するための情報であり上記符号化信号のヘッダに含まれる設定情報とに基づいて、確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップとを実行させることを特徴とする。
【００３１】
このようにヘッダに含まれる上記の既出の情報と設定情報とに基づいて確率関連情報の初期値を設定し、設定された初期値に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
【００３２】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化する信号符号化方法であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記既出の情報及び上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを備えることを特徴とする。
【００３３】
同様に、本発明に係る信号符号化装置は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化する信号符号化装置であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出手段と、（２）上記設定情報導出手段にて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化手段と、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記既出の情報及び上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段とを備えることを特徴とする。
【００３４】
同様に、本発明に係る信号符号化プログラムは、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、分割された区間ごとに符号化対象信号を算術符号化するための信号符号化プログラムであって、コンピュータに、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値を導出すると共に、上記符号化対象信号について別にヘッダに付与する既出の情報に基づいて導出する値と該値に所定の方法によって組合わせる調整値とに上記確率関連情報の初期値が関連付けられた状態番号を変換し、該調整値を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報導出ステップにて導出された確率関連情報の初期値に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算出符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記既出の情報及び上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを実行させることを特徴とする。
【００３５】
これらの発明によれば、各分割区間単位において符号化対象信号の算術符号化に用いられる確率関連情報の初期値と関連付けられている初期の状態番号を導出するための上記の既出の情報と設定情報とがヘッダに含められるで、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析することによって導出されているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
【００３６】
また、本発明に係る信号復号方法は、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために上記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定ステップと、（２）上記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて上記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化ステップとを備えることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明に係る信号復号装置は、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために上記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定手段と、（２）上記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて上記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化手段とを備えることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明に係る信号復号プログラムは、複数の状態番号各々に確率関連情報が関連付けられた状態遷移図を用いて、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化するための信号復号プログラムであって、コンピュータに、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を所定の方法によって導出するために上記符号化信号のヘッダに含められた既出の情報及び該既出の情報に組合わせる設定情報とに基づいて、初期の状態番号を導出する初期値設定ステップと、（２）上記初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報に基づいて上記符号化信号を逆算出符号化する逆算術符号化ステップとを実行させることを特徴とする。
【００３９】
このようにヘッダに含まれる上記の既出の情報と設定情報とに基づいて確率関連情報の初期値が関連付けられている初期の状態番号を導出することができ、この初期の状態番号に関連付けられている確率関連情報を用いて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
【００４０】
また、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）上記分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号を算術符号化する際に用いられる上記確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）上記設定情報に基づいて、上記分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）上記分割区間単位ごとに算術符号化された信号に上記設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップとを備え、上記設定情報導出ステップでは、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、符号化対象信号の既出の情報として別にヘッダに付与する情報を、所定の方法によって組み合わせることによって上記設定情報を導出することを特徴とする。
【００４１】
この発明によれば、各分割区間単位において確率関連情報の初期値を導出するための上記の既出の情報と設定情報とがヘッダに含められるで、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析することによって導出されているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
【００４２】
また、本発明に係る信号復号方法は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、（１）上記分割区間単位の符号化対象信号を逆算術符号化する際に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報であり符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、（２）上記初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップとを備え、上記初期値設定ステップにおいて、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報と、符号化信号のヘッダにて既出である情報を所定の方法により組み合わせて確率関連情報の初期値を設定することを特徴とする。
【００４３】
このようにヘッダに含まれる上記の既出の情報と設定情報とに基づいて確率関連情報の初期値を設定し、設定された初期値に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
【００４４】
このような目的を達成するために、本発明に係る信号符号化方法は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化方法であって、（１）分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号の算術符号化に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出ステップと、（２）設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に基づいて、分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化ステップと、（３）分割区間単位ごとに算術符号化された信号に設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加ステップと、を備えることを特徴とする。
【００４５】
同様に、本発明に係る信号符号化装置は、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位の先頭で初期化された確率関連情報に基づいて算術符号化を行う信号符号化装置であって、（１）分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、その分割区間単位の符号化対象信号の算術符号化に用いられる確率関連情報を初期化するための初期値に関する情報を設定情報として導出する設定情報導出手段と、（２）設定情報導出手段によって導出された設定情報に基づいて、分割区間単位における符号化対象信号を算術符号化する符号化手段と、（３）分割区間単位ごとに算術符号化された信号に設定情報を含むヘッダを付加する設定情報付加手段と、を備えることを特徴とする。
【００４６】
このように本発明に係る信号符号化方法及び装置においては、各分割区間単位において符号化に用いた設定情報を符号化された信号のヘッダに含ませているので、分割区間単位ごとに異なる確率関連情報の初期値（設定情報）を用いて符号化を行うことができる。そして、各分割区間単位において用いられる設定情報は、それぞれの分割区間単位ごとに符号化対象信号を分析し、算術符号化を行うために用いる設定情報を導出しているので、それぞれの分割区間単位の符号化対象信号に応じて、効率良く符号化できる設定情報を用いることができる。
【００４７】
本発明に係る信号復号方法は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号方法であって、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定ステップと、初期値設定ステップにおいて初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化ステップと、を備えることを特徴とする。
【００４８】
同様に、本発明に係る信号復号装置は、符号化信号を分割区間単位に逆算術符号化する信号復号装置であって、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定する初期値設定手段と、初期値設定手段によって初期値が設定された確率関連情報に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行う逆算術符号化手段と、を備えることを特徴とする。
【００４９】
このようにヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定し、設定された初期値に基づいて分割区間単位ごとに符号化信号の逆算術符号化を行うことにより、それぞれの分割区間単位について設定情報によって符号化された信号を復号することができる。
【００５０】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップでは（設定情報導出手段が）、確率関連情報の初期値自体を設定情報とすることが好ましい。
【００５１】
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、初期値設定ステップにおいて（初期値設定手段が）、ヘッダに含まれる設定情報自体を初期値として設定することが好ましい。
【００５２】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップにおいて（設定情報導出手段が）、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、あらかじめ定められた値との差分を設定情報とすることを特徴としても良い。
【００５３】
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、初期値設定ステップにおいて、ヘッダに含まれる設定情報にあらかじめ定められた値を加えた値を初期値として設定することを特徴としても良い。
【００５４】
このようにあらかじめ規定された値と初期値との差分を設定情報とすることにより、設定情報を小さくすることができるので好ましい。
【００５５】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、上記設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、設定情報導出ステップにおいて導出された設定情報に該当する候補をリスト内から選択し、その識別子を設定情報としてヘッダに含ませることを特徴としても良い。
【００５６】
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、上記設定情報の候補を識別子に関連付けて格納したリストを準備しておき、ヘッダには、設定情報としてリスト内から選択された候補の識別子が含まれており、初期値設定ステップが（初期値設定手段が）、ヘッダに含まれる識別子に基づいてリストから設定情報を抽出し、抽出された設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
【００５７】
このようにあらかじめ準備されたリストに含まれる識別子を設定情報としてヘッダに付加することにより、信号の伝送量を低減させることができる。
【００５８】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップにおいて導出された（設定情報導出手段が導出した）設定情報がリスト内に存在しない場合には、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、リストに格納された候補以外の識別情報であることを示す識別子と共に、設定情報導出ステップにおいて導出された（設定情報導出手段が導出した）設定情報をヘッダに含ませることを特徴としても良い。
【００５９】
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、ヘッダに含まれる識別子がリスト内に存在しない場合には、初期値設定ステップは（初期値設定手段が）、ヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
【００６０】
このようにあらかじめ準備されたリストにない初期値を設定情報としてヘッダに含ませることを可能としておくことにより、確率関連情報の初期値の自由度を高めることができる。
【００６１】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、符号化ステップにおいて（符号化手段が）、符号化対象信号を符号化する際に、符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて確率関連情報を逐次計算し、計算された確率関連情報によって符号化対象信号の算術符号化を行うことを特徴としても良い。
【００６２】
・    上記した信号復号方法（信号復号装置）は、逆算術符号化ステップにおいて（逆算術符号化手段が）、符号化信号を逆算術符号化する際に、符号化信号に含まれる各シンボルの発生割合に基づいて確率関連情報を逐次計算し、計算された確率関連情報によって符号化対象信号の逆算術符号化を行うことを特徴としても良い。
【００６３】
このように符号化対象信号に含まれるシンボルの発生割合に基づいて確率関連情報を更新することで、確率関連情報をより適切なものに学習させることができる。
【００６４】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報導出ステップでは（設定情報導出手段が）、分割区間単位の符号化対象信号に含まれる各シンボルの発生割合を分析し、その発生割合に基づいて設定情報を導出することを特徴としても良い。
【００６５】
このように分割区間単位の符号化対象情報に含まれる各シンボルを集計し、その発生割合を分析し、その発生割合に基づいて設定情報を導出することにより、その分割区間単位の信号を符号化するために適切な確率関連情報の初期値を求めることができる。
【００６６】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）は、設定情報付加ステップにおいて付加される（設定情報付加手段が付加する）ヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含み、設定情報が前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報と同じ場合には、有無フラグを無とすると共に設定情報をヘッダに含ませないことを特徴としても良い。
【００６７】
上記した信号復号方法（信号復号装置）は、ヘッダには、設定情報の有無を示す有無フラグを含まれており、有無フラグが無であった場合には、初期値設定ステップでは（初期値設定手段が）前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
【００６８】
このように、前の分割区間単位を符号化するために用いた設定情報と同じ設定情報を用いて符号化できる場合には、有無フラグを無とすれば、同じ設定情報を送信する必要がなくなるので、信号の伝送量を低減させることができる。
【００６９】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）又は信号復号方法（信号復号装置）では、符号化対象信号は、映像情報に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号であることが好ましい。
【００７０】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）では、映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、シーケンスレイヤ、フレームレイヤ、スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに設定情報を含ませることを特徴としても良い。
【００７１】
上記した信号復号方法（信号復号装置）では、符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、初期値設定ステップでは（初期値設定手段は）、シーケンスレイヤ、フレームレイヤ、スライスレイヤのいずれかの分割区間単位のヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
【００７２】
このようにシーケンスレイヤ、フレームレイヤ、スライスレイヤが階層構造となった符号化対象信号においては、いずれかのレイヤのヘッダに設定情報を含ませることによって効率の良い信号符号化を実現できる。例えば、あるフレームレイヤの下の複数のスライスレイヤを同じ設定情報に基づいて符号化した場合には、フレームレイヤのヘッダに設定情報を含ませることにより、その下のスライスレイヤを同じ設定情報によって信号符号化することができる。
【００７３】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）では、映像符号化関連信号は、符号化される映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、設定情報付加ステップでは（設定情報付加手段が）、スライスレイヤのヘッダに設定情報を含ませることを特徴としても良い。
【００７４】
上記した信号復号方法（信号復号装置）では、符号化信号は、符号化された映像情報のシーケンスによって区切られたシーケンスレイヤと、符号化される映像情報のフレームによって区切られたフレームレイヤと、フレームが１又は複数に区切られたスライスレイヤと、を有する階層構造とされ、初期値設定ステップでは（初期値設定手段は）、スライスレイヤのヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としても良い。
【００７５】
このようにスライスレイヤのヘッダに設定情報を含ませることによって、きめ細かく確率関連情報の初期値を設定して効率良く符号化を行うことができる。
【００７６】
上記した信号符号化方法（信号符号化装置）では、符号化対象信号を分析することによって導出された確率関連情報の初期値と、符号化対象信号の既出の情報として別にヘッダに付与する情報を、所定の方法によって組み合わせることによって上記設定情報を導出することを特徴としても良い。
【００７７】
上記した信号復号方法（信号復号装置）では、符号化信号に付加されたヘッダに含まれる設定情報と、符号化信号のヘッダにて既出である情報を所定の方法により組み合わせて確率関連情報の初期値を設定することを特徴としていも良い。
【００７８】
本発明に係る信号伝送システムは、符号化の対象となる符号化対象信号を分割し、その分割区間単位で算術符号化した符号化信号によって、信号を伝送する信号伝送システムであって、符号化対象信号から符号化信号を生成して出力する上記信号符号化装置と、信号符号化装置からの符号化信号を入力し、入力された符号化信号を復号する上記信号復号装置と、を備えることを特徴とする。
【００７９】
このような信号伝送システムによれば、それぞれの分割区間単位で効率良く符号化された信号を伝送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００８０】
以下、図面とともに本発明による信号符号化方法、信号復号方法、信号符号化装置、信号復号装置、及びそれを用いた信号伝送システムの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００８１】
まず、本実施形態に係る信号符号化方法について説明する。ここでは、動画像（映像情報）に所定のデータ変換操作を行うことによって得られた映像符号化関連信号を算術符号化する動画像符号化方法を例として説明する。
【００８２】
図１は、本実施形態に係る動画像符号化方法を概略的に示すフローチャートである。符号化方法は、動画像でのフレーム画像である入力フレーム画像Ｄ１に対して所定のデータ変換操作及び符号化操作を行って、動画像伝送システムにおいて伝送可能なデータ圧縮された符号化データＤ７を生成する動画像符号化方法である。
【００８３】
まず、入力フレーム画像Ｄ１を所定サイズ（所定の画素数）のマクロブロックに分割し（ステップＳ１００）、フレーム画像Ｄ１内にあるマクロブロックのそれぞれの画像に対して所定のデータ変換操作を行って、符号化対象となる画像データＤ６を作成する（Ｓ１０１、変換ステップ）。本実施形態においては、この変換ステップは２つのステップＳ１０２、Ｓ１０３からなる。
【００８４】
具体的には、フレーム画像Ｄ１に対して所定のデータ処理操作を行って画像データを変換し、空間座標によって表された画像データ（空間画像データ）Ｄ５とする（ステップＳ１０２）。ここで行われるデータ処理操作としては、例えば、動画像でのフレーム画像に対してインターフレーム符号化（フレーム間符号化）を行う場合の動き補償（ＭＣ：Motion Compensation）フレーム間予測がある。また、フレーム画像に対してイントラフレーム符号化（フレーム内符号化）を行う場合には、例えば、入力フレーム画像Ｄ１の画像データがそのまま空間画像データＤ５となる。
【００８５】
次に、空間画像データＤ５に対して直交変換操作を行って、空間周波数によって表された画像データ（周波数画像データ）である複数の直交変換係数Ｄ６を生成する（Ｓ１０３、直交変換ステップ）。この直交変換は、フレーム画像を分割したマクロブロック毎に行われ、入力フレーム画像Ｄ１に含まれる各マクロブロックに対して、それぞれ直交変換係数が得られる。また、この直交変換係数に対して、必要に応じて量子化操作がさらに行われ、エントロピー符号化対象の画像データとなる量子化直交変換係数が生成される。
【００８６】
続いて、複数の直交変換係数Ｄ６に対して算術符号化を用いてエントロピー符号化を行い、圧縮データである符号化データＤ７を生成する（Ｓ１０４、符号化ステップ）。すなわち、量子化直交変換係数Ｄ６に対して適用する確率テーブル（確率関連情報）を所定の確率テーブルに設定する（Ｓ１０５）。
【００８７】
ここで、符号化データＤ７は、スライスレイヤとフレームレイヤとシーケンスレイヤによる階層構造を有する。スライスレイヤは複数のマクロブロックからなるレイヤ、フレームレイヤは、１または複数のスライスレイヤからなると共にフレーム画像に対応するレイヤ、シーケンスレイヤは符号化データ全体に対応するレイヤである。また、エントロピー符号化に用いられる確率テーブルの初期値は、それぞれのスライスレイヤのデータを効率的に符号化できるように決定されるが、この方法については後述する。そして、設定された確率テーブルを用いて量子化直交変換係数Ｄ６を算術符号化して（Ｓ１０６）、符号化データＤ７とする。そして、符号化データを生成するために用いた確率テーブルの初期値を設定情報として符号化データのヘッダに付加する（Ｓ１０７）。また、Ｓ１０７にて、画像全体もしくはスライス全体を符号化するための条件、例えばフレーム内符号化もしくはフレーム間符号化のいずれかを示すための情報もあわせて付加する。
【００８８】
図２は、本発明による動画像符号化装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。以下、図２に示した動画像符号化装置を参照しつつ、図１に示した動画像符号化方法についてさらに説明する。なお、以下においては、符号化対象として動画像符号化装置に入力される入力フレーム画像Ｄ１について、主に時系列のフレーム画像からなる動画像を想定している。ただし、本発明による動画像符号化方法及び動画像符号化装置は、図２における動き補償関連のブロック図がないこととして省略すれば、１フレームからなる静画像に対しても同様に適用することが可能である。
【００８９】
符号化対象として入力された入力フレーム画像Ｄ１は、まず、フレーム画像分割部１０によって１６画素×１６ラインのサイズのマクロブロックへと分割される。なお、後述するＤＣＴ（直交変換）では、例えばＨ．２６Ｌ符号化方式では、４画素×４ラインのサイズのＤＣＴブロックが用いられる。この場合、１個のマクロブロックは、ＤＣＴにおいて、１６個の輝度（Luma）ブロックと、８個の色差（Chroma）ブロックとを有する。画像符号化はこれらのブロック毎に行われる。
【００９０】
フレーム画像Ｄ１は動き検出部１１に入力され、マクロブロック内の画像の動きが検出される。動き検出部１１は、動きを検出しようとするマクロブロックでの画像データと、参照されるフレーム画像での画像データとを比較して、画像の動きを示す動きベクトルＤ２を検出する。
【００９１】
具体的には、動き検出部１１では、符号化済のフレーム画像としてフレームメモリ２０に格納されている局所復号画像Ｄ８内の所定の画像領域を参照して、現在の符号化対象となっている入力フレーム画像Ｄ１のマクロブロックと類似するパターンを見つけ出す。そして、その類似パターンとマクロブロックとの間の空間的な移動量によって、動きベクトルＤ２を決定する。また、このとき、動き補償について用意された複数の符号化モードから、マクロブロックでの動き補償に用いられる符号化モードが選択される。
【００９２】
図３Ａ〜図３Ｊは、動き補償について用意される符号化モードの一例を示す模式図である。この図３Ａ〜図３Ｊに例示した符号化モードでは、動き補償を行わないスキップ（Ｓｋｉｐ）モード０と、それぞれ異なる動き補償用ブロックへのブロック区分を用いてインターフレーム符号化を行うインターモード１〜７と、それぞれ異なるブロック区分を用いてイントラフレーム符号化を行うイントラモード８、９との１０個の符号化モードが用意されている。なお、上記した動きベクトルＤ２は、インターフレーム符号化を行うインターモード１〜７の各マクロブロックに対して、図３Ｂ〜図３Ｈに示した区分された動き補償用ブロック毎に付与される。
【００９３】
動きベクトルＤ２が求められたら、動き補償部１２において、動き検出部１１からの動きベクトルＤ２と、フレームメモリ２０からの局所復号画像Ｄ８とを用いて、動き予測画像を生成する。フレーム画像Ｄ１に含まれる全てのマクロブロックについて動きベクトルＤ２を決定して動き予測画像を生成することにより、入力フレーム画像Ｄ１に対する予測フレーム画像Ｄ４が得られる。続いて、減算器１３において、入力フレーム画像Ｄ１と予測フレーム画像Ｄ４との間の差分（予測残差）フレーム画像Ｄ５が生成される。また、イントラフレーム符号化によるフレーム画像の符号化がなされる場合には、予測フレーム画像Ｄ４は作成されず、入力フレーム画像Ｄ１がそのままフレーム画像Ｄ５とされる。このフレーム画像Ｄ５は、入力フレーム画像Ｄ１と同様に空間座標によって表された画像データであり、この空間画像データＤ５が以後の直交変換及び算術符号化の対象となる。
【００９４】
フレーム画像Ｄ５の画像データは、直交変換部（直交変換手段）１４へと入力される。直交変換部１４では、空間座標によるフレーム画像Ｄ５に対して、マクロブロックに含まれる直交変換ブロック（例えば１６個の輝度ブロックと８個の色差ブロック）毎に直交変換が行われる。そして、空間周波数による画像データとして、複数の直交変換係数が生成される。また、この直交変換係数は、量子化部１５において所定の量子化パラメータによって量子化されて、算術符号化の対象となる最終的な量子化直交変換係数Ｄ６が得られる。
【００９５】
図４Ａ〜図４Ｂは、画像データの直交変換について示す図である。フレーム画像Ｄ５内にある直交変換用に分割された各ブロックの画像データは空間画像データであり、図４Ａに４×４の画像成分によって例示するように、水平座標と垂直座標とで規定される４×４の空間画像成分ａ11〜ａ44によって表される。直交変換部１４は、この空間画像データを所定の変換方法で直交変換することによって、図４Ｂに示す画像データへと変換する。この画像データは周波数画像データであり、水平周波数と垂直周波数とで規定される４×４の周波数画像成分である直交変換係数ｆ11〜ｆ44によって表される。
【００９６】
具体的な直交変換としては、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ：Discrete Cosine Transform）を適用することができる。ＤＣＴは、フーリエ変換のコサインの項を用いる直交変換であり、画像符号化において多く用いられている。空間画像データに対してＤＣＴを行うことにより、周波数画像データであるＤＣＴ係数ｆ11〜ｆ44が生成される。なお、ＤＣＴにおいては、例えばＨ．２６Ｌ符号化方式では、直交変換用のブロックとして、図４Ａ〜図４Ｂに示したように４×４のＤＣＴブロックが用いられる。
【００９７】
直交変換部１４及び量子化部１５によって生成された量子化直交変換係数Ｄ６は、エントロピー符号化部（符号化手段、設定情報導出手段に相当）１６において、所定の確率テーブルを用いた算術符号化によってエントロピー符号化される。これにより、入力フレーム画像Ｄ１の圧縮データである符号化データＤ７が生成される。
【００９８】
また、動きベクトルＤ２及び符号化モード情報Ｄ３の算術符号化においては、通常は、量子化直交変換係数Ｄ６の算術符号化とは異なる確率テーブルが用いられる。また、量子化直交変換係数Ｄ６の算術符号化においても、輝度ブロックの算術符号化と色差ブロックの算術符号化とで、異なる確率テーブルを用いても良い。なお、図示されていないが、画像全体もしくはスライス全体を符号化するための条件、例えばフレーム内符号化もしくはフレーム間符号化のいずれかを示すための情報もあわせてヘッダに付加される。
【００９９】
また、直交変換部１４及び量子化部１５によって生成された量子化直交変換係数Ｄ６は、本動画像符号化装置内において、逆量子化部１７及び逆直交変換部１８によって復号される。そして、復号された画像データと予測フレーム画像Ｄ４とが加算器１９において加算されて、局所復号画像Ｄ８が生成される。この局所復号画像Ｄ８はフレームメモリ２０に格納されて、他のフレーム画像の動き補償に利用される。
【０１００】
次に、算術符号化ステップ（Ｓ１０６、図１参照）についてより詳細に説明する。ここでは、図５を参照しながら算術符号化の一例を説明する。まず、算術符号化に用いる確率テーブルが、コンテクストモデリングによって切り替える数だけ用意されている。本実施形態ではコンテクストモデリングとして隣接するマクロブロックでの画像符号化処理結果(フレーム間なのかフレーム内なのかetc)に応じた複数の確率テーブルを用意する。また一つの確率テーブルには信号[1]の発生頻度を記憶するカウンタａと、信号全体(信号[0]+信号[1]の回数)の発生頻度を記憶するカウンタｂが備えられる。まず、スライス内の符号化を始める前に、この確率テーブル全てのカウンタに初期値を代入する。そして、エントロピー符号化部１６において、入力された符号化データを元にしたコンテクストモデリング（図５、Ｓ９０１）と、符号化テーブルの２値化処理を行い（図５、Ｓ９０２）、２値化処理された各ビットに対し使用する確率テーブルを決定する。その後適応２値算術符号化部において、まず使用する確率テーブル内のカウンタから信号[1]の発生する確率ａ／ｂを算出し、この確率を用いて算術符号化を行う。この算術符号化を行った後、確率テーブルの学習を行うために、使用した確率テーブルのカウンタに対し、符号化したのが信号[0]であった場合には、カウンタｂに１を加え、信号[1]であった場合にはカウンタａとｂに１を加える。なお、算術符号化の途中結果である区間の上限を保持するバッファの大きさによっては、確率を細かくしてしまうと、計算結果に不備が生ずることがあるので、カウンタｂの値が有る一定値になった場合、カウンタａ，ｂ共に２で割り、カウンタの値を減らす。この一連の処理をスライス内の全ての符号化データに対して行うことによりCABACによるエントロピー符号化が行える。
【０１０１】
次に、本実施形態の特徴の一つであるエントロピー符号化における初期値の設定方法について、具体的に説明する。
【０１０２】
確率テーブルの初期値を符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定するには、符号化対象の動画像全体を分析して決定することが望ましい。これを実現する方法を説明する。まず符号化対象の原映像信号に対し動き補償、直交変換等の図１において説明した符号化を進め、算術符号化を行う対象データである量子化直交変換係数や動きベクトル等のデータを作成する。次に作成したデータに対してCABACにおけるコンテクストモデリングと２値化処理を行い、コンテクストモデリングによって割り当てられた各確率テーブルの、[0]と[1]のシンボル発生回数を集計する。このとき実際に算術符号化の処理をする必要はなく、各確率テーブルにおける[0]と[1]の発生頻度がわかればよい。そして、ここで求めた確率テーブルごとのシンボルの発生頻度から、符号化に適した初期値を算出する。なお、この算出の方法としては、[0]と[1]の頻度の比と同程度の整数比となる初期値が得られるような方法であることが望ましい。また、CABACにおいて確率テーブルの表現できる値の最大値を超えないようにする必要がある。例えば、集計の結果が[0]：４０００、[1]：１０００であり、確率テーブルの採りうる最大値が[０]と[１]合計で５０であった場合，設定する初期値は([０]：[１])=(４：１)，(８：２)，(１２：３)，・・・，(３６：９)のいずれかであることが望ましい．このとき，０と１の発生の傾向が各スライスを通してほぼ一定であるならば，(４：１)のような小さい値ではなく、もっと大きい初期値にして、確率の変動を緩やかにするほうが望ましい。逆にスライスごとに[0]と[1]の発生傾向の変化が大きいときは、初期値を小さくして学習速度が速くなるようにすることが望ましい。
【０１０３】
また、初期化直後の符号化効率の改善を目指すという観点から、画像全体の代わりに各スライスについてのみ分析し、上記の符号化処理及び集計を行って、初期値を求めても良い。こうすることによって、上記の手法のような映像全体の特徴を見るための符号化処理をより軽減することができ、かつ初期化直後の符号化効率の向上も行える。なお、上記の実施形態では、符号化対象となる画像／スライスを分析して初期値を設定したが、符号化対象となる画像／スライスより前に符号化された画像／スライスの統計量に基づいて初期値を設定してもよい。
【０１０４】
また、H.26L方式においてはHigh Complexity Modeという最適化手法を用いることができるが、このモード上における上記初期値設定は以下に示す方法により実現できる。図６にHigh Complexity Mode上での処理の流れを示す。
【０１０５】
High Complexity Modeでは、最初に初期値を設定し（Ｓ３００）、その初期値に基づいて図３Ａ〜図３Ｊに示すような各符号化モードそれぞれにつき実際に符号化を行って（Ｓ３０２）、その符号化結果による復号画像の品質と符号化するのに必要なビット量を求め、その２つの結果が符号化効率の観点で最も良い符号化モードを選択することを行う（Ｓ３０４）。これにより、初期値を変えない場合での最高の符号化効率を得ることのできる符号化モードを探索することができる。符号化の分割区間単位である１スライスを構成する全てのマクロブロックについて、このフローを繰り返し（Ｓ３０６）、最適な符号化モードを探索する。続いて、本実施形態の初期値設定を当モードにて行う場合には、選択されたモードの結果について各確率テーブル内のカウンタに記録された回数を集計しておき（Ｓ３０８）、１つのスライス内の全てのマクロブロックについての計算が終了したあとで、最終的に得られたカウンタの値に基づき、各確率テーブルの初期値を算出する（Ｓ３１０）。次に、算出された初期値とステップＳ３００においてあらかじめ設定された初期値との差に基づいて、初期値の最適化を行うかどうかを判定する（Ｓ３１２）。最適化を続けないと判定された場合には、算出された初期値によって再度そのスライスについてのHigh Complexity Modeによる符号化を行う（Ｓ３１４）。こうすることにより、最適な初期値探索と同時にHigh Complexity Modeによる符号化を行うことができる。また、この作業を、そのスライスについて、設定した確率テーブルの初期値と、上記算出後に最終的に得られる確率テーブルの値とが一定範囲内に収束するまで行うことにより、最適な初期値と、その初期値による効率最大の符号化結果を得ることができる符号化モードを探索できる。
【０１０６】
なお、ここで説明した初期値の算出方法は本実施形態の一例であり、他の方法によって初期値を算出することとしても良い。例えば、初期値となるべきいくつかの候補値と、それらの候補値を使うことが適当であるような動画像の信号値変動の性質との関係を調べておき、符号化時には事前符号化をせず、符号化すべき動画像の信号値変動の解析のみを行い、それから用いられるべき初期値を判断するようにしても良い。
【０１０７】
また本実施形態ではＩＴＵ−Ｔ H.26L動画像符号化方式に準じた構成について述べたが、本発明はH.26L方式あるいは動画像符号化方式に限定されることはなく、符号化対象信号に対して分割区間単位での算術符号化が行われ、かつ区間毎に算術符号化の確率関連情報が初期化されるような、様々な信号符号化方式に適用可能である。
【０１０８】
次に、設定情報付加部（設定情報付加手段に相当）３０が確率テーブルの初期値に関する設定情報をヘッダに付加する方法について説明する。
【０１０９】
設定情報をヘッダに含ませる手法としては、初期値を２値化し、それをそのまま固定長の符号として含ませることとしてもよいし、ハフマン符号等によるエントロピー符号化を用いて伝送しても良い。ハフマン符号を利用する場合には例えばH.26Lで用いられている、UVLC(Universal  VLC)を用いても良い。UVLCによる符号化の例を図７に挙げる。図７のように定義すれば、どのような初期値でも符号化することができる。なお、設定情報を通知するタイミングは、対象のレイヤ内の算術符号化データより前である必要がある。シーケンスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータ伝送の例について図８を参照しながら説明する。
【０１１０】
図８によれば、シーケンスの符号化を開始し（Ｓ４００）、前述の初期値決定を行った後（Ｓ４０２）、決定した初期値を出力する（Ｓ４０４）。その後、フレームレイヤの符号化を開始し（Ｓ４０６）、続いてスライスレイヤの符号化を開始する（Ｓ４０８）。スライスレイヤの符号化において、決定した初期値によって確率テーブルの初期化を行い（Ｓ４１０）、その確率テーブルを用いてスライスレイヤ内の算術符号化を行う（Ｓ４１２）。算術符号化が終了すると、算術符号化済データを通知し（Ｓ４１４）、スライスレイヤの符号化が終了する（Ｓ４１６）。以下、同様にしてフレーム内の全てのスライスレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ４１８）、フレームレイヤの符号化が終了すると（Ｓ４２０）、同様にしてシーケンス内の全てのフレームレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ４２２）、全てのフレームを符号化するとシーケンスレイヤの符号化は終了する（Ｓ４２４）。
【０１１１】
図２３は、図８に示す処理によって生成されるデータフォーマットを示す。図２３に示すデータフォーマットには、シーケンスヘッダ１０１０と、フレームヘッダ１０１１と、スライスヘッダ１０１２及び１０１４、スライスの画像データ１０１３及び１０１５と、設定情報の符号化データ１０１６とが含まれている。シーケンスヘッダ１０１０は、シーケンスの開始を示すものである。シーケンスヘッダ１０１０には、例えば、画像サイズ、順次走査か飛び越し操作かといったシーケンス全体に関する共通情報が格納される。フレームヘッダには、フレーム内符号化もしくはフレーム間符号化といった符号化の種類を示す情報のようにフレーム画像に関する共通情報が格納される。図２３においては、シーケンスの第１フレームのフレームヘッダ１０１１が示されている。スライスヘッダには、スライスにおけるデータを量子化するための量子化ステップ初期値といったスライスに関する共通情報が格納される。図２３においては、第１フレームにおける第１スライスのスライスヘッダ１０１２と、第２スライスのスライスヘッダ１０１４が示されている。図８に示す処理では、算術符号化に用いられる初期値に関する設定情報の符号化データ１０１６は、シーケンスヘッダ１０１０内に格納される。
【０１１２】
本実施形態では確率テーブルの初期値の情報をシーケンスヘッダに含ませて通知することとしているが、シーケンスレイヤよりも下位のレイヤにあたるフレームレイヤ、スライスレイヤのヘッダに設定情報を入れるようにしても良い。この場合、シーケンスヘッダに入れる場合に比べて頻繁に設定情報を変動させることができるため、シーンチェンジにより途中で映像の特徴が大きく変わることが頻繁にある動画像や、動きが激しく同じフレーム内で動画像の特徴が大きく変わるような動画像の場合などのように、同一シーケンスの中でも確率テーブルの初期化時に用いられるべき設定情報を様々に変化させた方がよい場合に効果がある。この場合、初期値は当該フレーム・スライス内の符号化結果をもとにフレーム毎、スライス毎に判断することが望ましい。
【０１１３】
なお、各フレームレイヤ・スライスレイヤに設定情報を入れると、追加する設定情報の情報量が初期値を変更することによる効果分より大きくなってしまい、全体として符号化効率が上がらなくなるということもある。そのため、設定情報の変更があるか否かを示すフラグを各フレームレイヤのヘッダまたは各スライスレイヤのヘッダ、あるいはその両方に含ませることとし、初期値の変更による効果が十分ある場合には、フラグをＯＮにするとともに設定情報を通知し、効果が少ないと判断される場合にはフラグをＯＦＦとして設定情報は通知しないようにすることとしても良い。この際、初期値を通知しないとしたときに初期化に用いる設定情報としては、直前のスライスやフレームにおいて用いた設定情報でもよいし、シーケンスレイヤやフレームレイヤなど、より上位のレイヤにて決定された設定情報でもよい。前者であれば、動画像にシーンチェンジによる性質変動が生じて、変更した初期値が長く用いられる場合に有効であるし、後者であれば、動画像の性質変化が局所的なものであり、変更した初期値により効率的な符号化が可能となるのが、当該スライスもしくは当該フレームのみとなる場合に効果がある。また、これらの初期値を変更しない場合に用いられる設定情報の判別方法として、以下のような方法を用いることにより、明示的に通知せずとも符号化側と復号側とで設定情報の判別を一致させることができる。すなわち、通常は設定情報の変更が当該スライスのみにて用いられることとして後者のようにより上位のレイヤにて決定された設定情報に回復されることとし、設定情報の変更が複数のスライスもしくはフレームに連続しその回数が一定の閾値を越えた際には、設定情報が持続的に変化したものとして前者のように直前のスライスやフレームにおいて用いた設定情報が用いられることとすることができる。
【０１１４】
次に、スライスのヘッダにて設定情報を通知する場合の符号化及びデータ排出手法の一例に関するフローを図９に示す。まず、シーケンスレイヤの符号化が開始され（Ｓ５００）、続いて、シーケンスレイヤ内のフレームレイヤの符号化が開始され（Ｓ５０２）、さらに、フレームレイヤ内のスライスレイヤの符号化が開始される（Ｓ５０４）。まず、スライスレイヤを初期化するための初期値を設定し（Ｓ５０６）、設定された初期値が通知され（Ｓ５０８）、その初期値によって確率テーブルが初期化される（Ｓ５１０）。初期値が設定された確率テーブルによってスライスレイヤの算術符号化が行われ（Ｓ５１２）、算出符号化が終了すると算術符号化済データが通知され（Ｓ５１４）、スライスレイヤの符号化が終了する（Ｓ５１６）。以下、同様にしてフレーム内の全てのスライスレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ５１８）、フレームレイヤの符号化が終了すると（Ｓ５２０）、同様にしてシーケンス内の全てのフレームレイヤを符号化するまで繰り返し符号化を行い（Ｓ５２２）、全てのフレームを符号化するとシーケンスレイヤの符号化は終了する（Ｓ５２４）。
【０１１５】
図２４は、図９に示す処理によって生成されるデータフォーマットを示す。図２４に示すデータフォーマットには、シーケンスヘッダ１０２０と、フレームヘッダ１０２１と、スライスヘッダ１０２２及び１０２４、スライスの画像データ１０２３及び１０２５と、設定情報の符号化データ１０２６及び１０２７とが含まれている。シーケンスヘッダ１０２０は、シーケンスの開始を示すものである。シーケンスヘッダ１０２０には、例えば、画像サイズ、順次走査か飛び越し操作かといったシーケンス全体に関する共通情報が格納される。フレームヘッダには、フレーム内符号化もしくはフレーム間符号化といった符号化の種類を示す情報のようにフレーム画像に関する共通情報が格納される。図２４においては、シーケンスの第１フレームのフレームヘッダ１０２１が示されている。スライスヘッダには、スライスにおけるデータを量子化するための量子化ステップ初期値といったスライスに関する共通情報が格納される。図２４においては、第１フレームにおける第１スライスのスライスヘッダ１０２２と、第２スライスのスライスヘッダ１０２４が示されている。図９に示す処理では、算術符号化に用いられる初期値に関する設定情報の符号化データ１０２６、１０２７はそれぞれ、対応するスライスへッダ１０２２、１０２４に格納される。
【０１１６】
なお、フレームレイヤのヘッダにて設定情報を通知する場合に関しても、初期値決定と初期値情報通知をフレームレイヤの開始とスライスレイヤ開始の間に行うようにすればよい。
【０１１７】
また、ヘッダに含ませる設定情報については、設定情報として確率テーブルの初期値をそのまま送るのではなく、前述の前フレームやスライスの初期値との差分を送っても良いし、より上位のレイヤにて設定された初期値との差分を送ることとしても良い。このような形で設定情報を含ませることにより、ハフマン符号等によるエントロピー符号化により設定情報を通知する場合には、設定情報の発生確率を偏らせることができるので、適切な可変長符号の設計によって設定情報に必要なオーバーヘッドを低減することができる。
【０１１８】
次に、第１実施形態にかかる動画像符号化プログラムについて説明する。この動画像符号化プログラムは、コンピュータに上述した動画像符号化方法を実行させるためのプログラムである。すなわち、この動画像符号化プログラムは、符号化対象フレームをマクロブロックに分割するステップ（Ｓ１００）と、動き補償フレーム間予測（Ｓ１０２）及び直交変換及び量子化（Ｓ１０３）を含む変換ステップ（ステップＳ１０１）と、確率テーブルの初期値の設定及び設定情報の導出（Ｓ１０５、設定情報導出ステップ）及び算術符号化（Ｓ１０６）を含む符号化ステップ（Ｓ１０４）と、設定情報を含むヘッダを符号化信号に付加するステップ（Ｓ１０７、設定情報付加ステップ）とをコンピュータに実行させるプログラムである。かかる動画像符号化プログラムは、例えば、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として提供されるものである。
【０１１９】
次に、第１実施形態に係る動画像符号化方法及び動画像符号化装置の効果について説明する。
【０１２０】
図１に示した動画像符号化方法においては、フレーム画像Ｄ１に対して動き補償や直交変換などのデータ変換操作を行ってエントロピー符号化対象の量子化直交変換係数Ｄ６とした後、その量子化直交変換係数Ｄ６を所定の確率テーブルを用いて算術符号化することによって、データ圧縮された符号化データＤ７を生成する。そして、符号化データＤ７を最終的に出力する際に、確率テーブルの初期値をヘッダに挿入している。
【０１２１】
これにより、算術符号化に利用する確率テーブルの初期値を符号化側で自由に設計できるようになる。すなわち、本実施形態で説明したように符号化対象の動画像の特性に合うような値に初期値を設定することにより、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。
【０１２２】
また、本実施形態に係る動画像符号化装置も、上記動画像符号化方法と同様に、確率テーブルの初期値をヘッダに挿入するので各分割区間単位で適切な初期値を設定することができる。本実施形態で説明したように、符号化対象の動画像の特性に合うような値に初期値を設定することにより、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。
【０１２３】
次に、本発明を利用した動画像復号方法及び動画像復号装置について説明する。
【０１２４】
図１０は、本発明による動画像復号方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。本復号方法は、図１に示した動画像符号化方法によって生成された符号化データＤ７に対して所定の復号操作及びデータ復元操作を行って、入力フレーム画像Ｄ１に対応する画像として出力フレーム画像Ｄ１０を復元する動画像復号方法である。
【０１２５】
図１０に示した画像復号方法においては、まず、符号化データＤ７に対して逆算術符号化を用いてエントロピー復号を行い、空間周波数によって表された画像データである複数の量子化直交変換係数Ｄ６を生成する（Ｓ２０１、復号ステップ）。
【０１２６】
また符号化データＤ７は、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤによる階層構造を有しており、各スライスレイヤにおいて、確率テーブルの初期化を行う。ここで、本実施形態においては、確率テーブルの初期値をヘッダに付加された設定情報に基づいて確率テーブルの初期値を設定する。すなわち、符号化データＤ７に対して適用される確率テーブルの初期値が、符号化データＤ７のヘッダにおいて通知され、これが確率テーブルの初期値として設定される（Ｓ２０２）。そして、この初期値により初期化された確率テーブルを用いて符号化データＤ７を逆算術符号化して（Ｓ２０３）、周波数画像データである量子化直交変換係数Ｄ６とする。
【０１２７】
次に、フレーム画像内にあるマクロブロックのそれぞれについての画像データである量子化直交変換係数Ｄ６に対して所定のデータ復元操作を行って、フレーム画像を復元する（Ｓ２００、復元ステップ）。本実施形態においては、この復元ステップは、２つのステップＳ２０４、Ｓ２０５からなる。
【０１２８】
具体的には、量子化直交変換係数Ｄ６に対して逆量子化操作及び逆直交変換操作を順次行って、空間座標によって表された画像データ（空間画像データ）Ｄ９を生成する（Ｓ２０４、逆直交変換ステップ）。そして、空間画像データＤ９に対して所定のデータ処理操作を行って画像データを変換し、出力フレーム画像Ｄ１０を復元する（Ｓ２０５）。
【０１２９】
図１１は、本発明による動画像復号装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【０１３０】
復号対象として入力された符号化データＤ７はエントロピー復号部（初期値設定手段、逆算術符号化手段に相当）２１に入力されて所定の確率テーブルを用いた逆算術符号化によってエントロピー復号され、符号化モード情報Ｄ３と動きベクトルＤ２，及び周波数画像データである量子化直交変換係数Ｄ６等を生成する。ここで、エントロピー復号部２１における逆算術符号化に用いられる確率テーブルの設定及び初期化、確率テーブルの初期値の受信については、図１０に示したフローチャートにおける説明として上述したとおりである。
【０１３１】
エントロピー復号部２１において復号された量子化直交変換係数Ｄ６は、逆量子化部２２、逆直交変換部２３、動き補償部２４、及び加算器２６を含んで構成された復元手段に入力される。復元手段は、フレーム画像内にあるブロックのそれぞれについての画像データである量子化直交変換係数Ｄ６に対して所定のデータ復元操作を行って、フレーム画像Ｄ１０を復元する。
【０１３２】
まず、量子化直交変換係数Ｄ６は、逆量子化部２２及び逆直交変換部（逆直交変換手段）２３によって逆量子化、逆直交変換される。これにより、空間画像データである復元フレーム画像Ｄ９が生成される。この復元フレーム画像Ｄ９は、符号化前のフレーム画像Ｄ５に対応したフレーム画像である。
【０１３３】
一方、動きベクトルＤ２は、動き補償部２４へと入力される。動き補償部２４では、エントロピー復号部２１からの動きベクトルＤ２と、フレームメモリ２５に格納されている復号済みのフレーム画像とを用いて、予測フレーム画像Ｄ４が生成される。そして、加算器２６において、復元フレーム画像Ｄ９と予測フレーム画像Ｄ４とが加算されて、復元されたフレーム画像が出力フレーム画像Ｄ１０として出力される。なお，イントラフレーム符号化による符号化がなされていた場合には、復元フレーム画像Ｄ９をそのまま出力フレーム画像Ｄ１０として出力する。
【０１３４】
次に、第１実施形態に係る動画像復号プログラムについて説明する。この動画像復号プログラムは、コンピュータに上述した動画像復号方法を実行させるためのプログラムである。すなわち、この動画像復号プログラムは、符号化信号のヘッダに含まれる設定情報に基づいて確率テーブルの初期値を設定するステップ（Ｓ２０２、初期値設定ステップ）、及び初期値を設定した確率テーブルに基づいて逆算術符号化を行うステップ（Ｓ２０３、逆算術符号化ステップ）を含む復号ステップ（Ｓ２０１）と、復号されたデータを逆量子化及び逆直交変換するステップ（Ｓ２０４）、及び所定のデータ処理操作によって画像データを復元するステップ（Ｓ２０５）を含む復元ステップ（Ｓ２００）とをコンピュータに実行させるためのプログラムである。かかる動画像復号プログラムは、例えば、搬送波に重畳されたコンピュータデータ信号として提供されるものである。
【０１３５】
本実施形態による動画像復号方法の効果について説明する。
【０１３６】
図１０に示した動画像復号方法においては、符号化データＤ７に対して所定の確率テーブルを用いて逆算術符号化を行って画像データＤ６とした後、その画像データＤ６に対してデータ復元操作を行って、フレーム画像Ｄ１０を復元する。そして、逆算術符号化に使用する確率テーブルの初期値を、ヘッダから読み取った値で設定している。
【０１３７】
これにより、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率テーブルを、復号側においても使用することができる。したがって、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率テーブルが好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
【０１３８】
次に、本発明の第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について説明する。第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）は、第１実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）と基本的なフローは同じであるので、同じ図面（図１、図２、図１０、図１１）を参照しながら説明する。以下、第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について第１実施形態と異なる部分についてのみ説明を行う。
【０１３９】
第２実施形態における動画像符号化方法（装置）では、符号化に用いられた確率テーブルの初期値を、設定情報付加ステップで（設定情報付加手段が）、既知、もしくはヘッダにて通知される初期値リストの中から選択し、設定情報としてヘッダに挿入する点が第１実施形態の動画像符号化方法とは異なる。また、第２実施形態に係る動画像符号化方法をコンピュータに実現させるための第２実施形態の動画像符号化プログラムも、コンピュータに実行させる設定情報導出ステップ及び設定情報付加ステップが第１実施形態の動画像符号化プログラムと異なる。すなわち、第２実施形態の動画像符号化プログラムがコンピュータに実行させる設定情報導出ステップでは、符号化に用いられた確率テーブルの初期値が、既知、もしくはヘッダにて通知される初期値リストの中から選択され、設定情報付加ステップでは初期値リストの中から選択された値が設定情報としてヘッダに挿入される。これにより、第２実施形態の動画像符号化方法（装置）は、第１実施形態の場合と同じく、算術符号化に利用する確率テーブルの初期値を符号化側で指定することができるようになる。このとき指定する初期値を、符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定しておけば、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。さらに、実際に伝送するものが初期値そのものではなく、初期値リスト内の番号であるので、各スライスヘッダにおいて通知することとしても、通知に必要な符号量は大きく増加しないという利点がある。
【０１４０】
第２実施形態に係る動画像復号方法（装置）は、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す番号を受け取り、その番号と初期化リストを照合して初期値を取り出し、その値によって当該スライスの初期化を行う。また、第２実施形態に係る動画像復号方法をコンピュータに実行させるための第２実施形態の動画像復号プログラムも、コンピュータに実行させる初期値設定ステップが第１実施形態の動画像復号プログラムと異なる。すなわち、第２実施形態の動画像復号プログラムがコンピュータに実行させる初期値設定ステップでは、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す番号が受け取られ、その番号と初期化リストを照合して確率テーブルの初期値が設定される。このため第２実施形態では、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率テーブルを、復号側においても使用することができる。従って、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率テーブルが好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
【０１４１】
以下、初期値リスト内から選択し、選択した初期値を通知する手法について説明する。
【０１４２】
動画像の統計情報として、各確率テーブルのシンボルの発生頻度が得られた際、最適な初期値をリスト内から選択する方法としては、[0]と[1]の発生頻度の比を求め、その比に最も近い初期値をリスト内から選択することが望ましい。図１２Ａ〜図１２Ｃに初期値リストとそのコードテーブルの例を示す。例えば頻度が[0]：２０００、[1]：３０００であった場合は、図１２Ａのリスト内から選択するとすれば、（２，３）の初期値を選択することが望ましい。
【０１４３】
リスト内から選択した初期値を通知するには、その初期値を示す番号を通知すればよい。この番号の通知方法としては、第１実施形態にて初期値の通知方法として述べたように、固定長の符号を利用したり、ハフマン符号のような可変長符号を利用したりすることができる。特に後者の方法によれば、初期値の発生確率に応じて符号長を決めることができるので、効率的な符号化が行える。ハフマン符号による番号の符号化の例を図１２Ａのコードに示す。この例によれば、初期値の値が小さくなるにつれて符号長が短くなり、効率的に符号化が行える。また、第１実施形態にて述べたように、動画像の特徴の変化の大きさに対応するために、初期値コードに続いて、初期値に対する乗数を示す乗数コードをつけるようにして、既定の初期値の倍数を用いることができるようにしても良い。このようにより大きな初期値を用いることにより、初期化後の学習による確率テーブル更新の影響を制御して、学習途上における確率テーブル更新が算術符号化の効率に悪影響を与えないようにすることができる。
【０１４４】
乗数コードの例を図１２Ｂに示す。例えば、図１２Ａにて（２，３）、乗数として２を選択する場合は、（２，３）を示す"11100"の後コード"10"を付加する。これにより初期値を（４，６）として符号化・復号することが可能となる。
【０１４５】
なお、これらの初期値リストおよび初期値コードテーブルに関しては一例であり、他の初期値リスト・初期値コードテーブルを用いることも考えられる。例えば０の発生する確率が大変高いことがあらかじめわかっているような場合には、図１２Ｃのように０の確率が高い初期値の符号長が短くなる初期値リスト・初期値コードテーブルを利用すればよい。またこのような複数の初期値リスト・初期値コードテーブルを確率テーブルの種別毎に使い分けるようにしても良い。この場合、使い分けのパターンは、前もって符号化器・復号器で共有しておいても良いし、あるいは初期値リスト毎に番号を割り当てておき、シーケンスヘッダにて、確率テーブルの種別毎に使用する初期値リストを示す情報を送って指定することとしても良い。
【０１４６】
また、初期値リスト内にて、あるスライスの符号化に適した初期値が無かった場合には、当該スライスについては初期値の番号ではなく、実際の初期値が通知されることとすることができる。この通知の手法としては、リスト内のどの初期値コードにも当てはまらないエスケープコードが伝送されることとし、その後に初期値の値を通知することが望ましい。こうすることにより、初期値リスト内に算術符号化の効率を向上できるような確率テーブルの初期値が無かった場合においても、適切な初期値を伝送して算術符号化の効率向上を図ることができる。
【０１４７】
また、ひとつの初期値番号によって制御できる初期値の数としては、ひとつでもよいし、複数の確率テーブルをグループ化してまとめて制御することとしても良い。前者であれば、細かい初期値設定が可能となるし、後者であれば伝送が必要な初期値番号の情報量を減らすことが出来る。なお、このときの確率テーブルの組み合わせ方として、似た性質を示す符号化要素の確率テーブルを一つにグループ化することが望ましい。例えば、図３Ａ〜図３Ｊに示すマクロブロックモードの符号化においては、用いられる確率テーブルはひとつではなく、モード情報が二値化された情報に対して複数の確率テーブルが用いられて算術符号化が行われる。このようにひとつの符号化要素に関わる確率テーブルであれば、他のテーブルとの相関関係が存在すると思われることから、それらすべてをまとめたひとつのグループで初期値を制御することが望ましい。また、画面全体が暗くなる場合など、スライス全体で輝度が変化するような場合においては、輝度に関わる、ＤＣＴ係数のうちのＤＣ係数に関する性質が変化すると考えられる。ＤＣ係数の符号化においても、用いられる確率テーブルはひとつではなく、ＤＣ係数が２値化された情報に対して複数の確率テーブルが用いられて算術符号化が行われることから、これらの確率テーブルをまとめて処理することが望ましい。
【０１４８】
複数の確率テーブルをグループ化してまとめて制御しようとする場合、全ての確率テーブルの初期値をひとつののコードによって制御することとしても良い。例えば、映像のジャンルごとに初期値を定義する方法がある。スポーツ系の映像であれば、動き情報が大きくなる傾向があるので、動きが大きくなるものが効率が良くなるように、それぞれの確率テーブルの初期値のセットを用意して設定するようにすればよいし、風景映像であれば、単純な動きであるので、動きが小さくなるものの効率が良くなるよう設定すればよい。
【０１４９】
また、ここではスライスヘッダにて情報を送る手法について説明したが、本実施形態で示したような初期値の番号は、他のシーケンスヘッダやスライスヘッダにて伝送されることとしても良いし、スライスヘッダを含めた複数種類のレイヤにて同時に行われることとしても良い。
【０１５０】
次に、本発明の第３実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について説明する。第３実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）は、第１実施形態および第２実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）と基本的なフローは同じであるので、同じ図面（図１、図２、図１０、図１１）を参照しながら説明する。以下、第３実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について第１実施形態および第２実施形態と異なる部分についてのみ説明を行う。
【０１５１】
第３実施形態における動画像符号化方法（装置）では、符号化に用いられた確率テーブルの初期値を、設定情報付加ステップにてヘッダに挿入した設定情報と、ヘッダに含まれる既出情報を組み合わせて求める点が第１実施形態および第２実施形態の動画像符号化方法とは異なる。また、第３実施形態に係る動画像符号化方法をコンピュータに実現させるための第３実施形態の動画像符号化プログラムも、コンピュータに実行させる設定情報導出ステップ及び設定情報付加ステップが第１及び第２の実施形態の動画像符号化プログラムと異なる。すなわち、第３実施形態の動画像符号化プログラムがコンピュータに実行させる設定情報付加ステップでは、符号化に用いられた確率テーブルの初期値が、ヘッダに含められる既出の情報とヘッダに挿入する設定情報との所定の方法による組み合わせに変換され、設定情報付加ステップでは符号化信号のヘッダに上記の既出の情報と設定情報とが含められる。これにより、第３実施形態の動画像符号化方法（装置）は、第１実施形態および第２実施形態の場合と同じく、算術符号化に利用する確率テーブルの初期値を符号化側で指定することができるようになる。このとき指定する初期値を、符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定しておけば、確率テーブルが初期化された直後に、確率テーブルが更新され学習されるまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。さらに、ヘッダに既出の情報も用いるため、算術符号化の初期値と画像サイズ、量子化ステップ値、フレーム内符号化・フレーム間符号化などとの相関を利用することにより、初期値の通知に必要な情報量を削減することができる。
【０１５２】
第３実施形態に係る動画像復号方法（装置）は、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す設定情報を受け取り、その設定情報とヘッダに既出の情報と組み合わせて初期値を算出し、その値によって当該スライスの初期化を行う。また、第３実施形態に係る動画像復号方法をコンピュータに実行させるための第３実施形態の動画像復号プログラムも、コンピュータに実行させる初期値設定ステップが第１及び第２の実施形態の動画像復号プログラムと異なる。すなわち、第３実施形態の動画像復号プログラムがコンピュータに実行させる初期値設定ステップでは、ヘッダにて確率テーブルの初期値を示す設定情報が受け取られ、その設定情報とヘッダに既出の情報と組み合わせて確率テーブルの初期値が算出される。このため第３実施形態では、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率テーブルを、復号側においても使用することができる。従って、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率テーブルが好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
【０１５３】
以下、ヘッダに既出の情報を用いて、初期値を通知する手法について説明する。
【０１５４】
動画像の各種ヘッダに記載される情報としては、映像サイズ、量子化ステップ値、タイムコード、フレームの符号化種類（フレーム内、フレーム間）などがある。これらのパラメータは符号化する映像パラメータと密接な相関がある。たとえば映像サイズと、映像内の動きの大きさを表す動きベクトルの間には、映像サイズが大きくなればなるほど動きベクトルも大きくなりやすい、という相関関係がある。また量子化ステップ値が大きくなると、直交変換係数が小さくなったり、０になったりすることが多くなる。タイムコードからは一定時間当たりのフレーム数がわかるため、動きベクトルの大きさの傾向の目安となる。
【０１５５】
これらのヘッダ情報と初期値情報を組み合わせる方法としては、大まかな初期値の値をヘッダに既出となる情報で決定し、細かい調整を初期値設定情報にて行うようにすればよい。ヘッダ情報から初期値を決定する例を図１７に示す。図１７は、動きベクトル情報の符号化に用いる確率テーブルの1つを示している。図１７に示すｂｉｎ番号は、動きベクトル情報をあらわすバイナリ信号の各Bitを示しており、０の初期値・1の初期値はそれぞれ各ｂｉｎにおける算術符号化の確率テーブルの初期値をあらわしている。また、この例では、画像サイズがＱＣＩＦ（１７６ｘ１４４ピクセル）である場合と、ＣＩＦ（３５２ｘ２８８ピクセル）である場合によって、確率テーブルの初期値を変動させている。例えばｂｉｎ番号０は、動きベクトルが存在するかしないか、つまり動きの有無を示すコンテクストであるが、ＱＣＩＦサイズでは動きとして判別できない動きも、ＣＩＦサイズになると判別できるようになることが増えるため、このｂｉｎにおけるシンボルの発生確率に差がつくことが予想される。そこで図１７のように初期値に差をつけることにより、初期値として採用すべき値に近づけることができる。そしておおまかな初期値に対し加減算するための値を設定情報としてヘッダに付与する。この設定情報は、第１実施形態にて述べたような手法にて値をそのまま付与してもよいし、第２実施形態にて述べたようにリストを用意し、その中から選択した値を固定符号や可変長符号にて付与してもよい。図１８に、第２実施形態にて述べたリストによる初期値設定の例を示す。この例によれば、直接初期値を指定するよりも少ない情報量で符号化が可能となる。
【０１５６】
なお、ここで示したヘッダ情報と初期値情報を組み合わせる方法に関しては一例であり、他の方法を用いることも考えられる。例えば、初期値設定情報を、図１８で示すような加減算のための値ではなく、図１２Ｂで示した乗数コードとしてもよいし、両方のコードを用意して置き，共に用いるようにしても良い。またヘッダに既出の情報を用いた初期値リストを複数用意しておき、初期値設定情報として使用するリストを示すコードを通知することとしても良い。その例を図１９に示す。図１９では、画面サイズによるｂｉｎ０の切り替えに加え、同一画面サイズにおいて、動きの大きさによって３通りの初期値リストを用意し、利用したリスト情報を初期値設定情報としている。また、使用するヘッダ既出情報の種類は１種類でも良いし複数種類でも良い。
【０１５７】
またヘッダ既出情報を組み入れた計算式から初期値を算出しても良い。例えば量子化ステップ値は、Ｈ．２６Ｌでは０から３１まで１刻みで設定できるため、全ての量子化ステップに対し図１７，１９のようなリストを設定していては、リストの情報量が多くなり、メモリを圧迫することが考えられる。そこで量子化ステップ値を用いた関数式にて初期値設定を行うことにより、メモリ消費を抑えることができる。関数式の一例として、直交変換係数を符号化するコンテクストの初期値の場合を示す。直交変換係数においては、量子化ステップ値が小さくなると係数が０となる確率が下がり、逆に量子化ステップ値が大きくなると係数が０となる確率が上がる。以下に関数式の例を挙げる
ｌｎｉ（０）＝（設定値）＋ＱＰ／１０
ｌｎｉ（１）＝（設定値）−ＱＰ／１０  （ＱＰ：量子化ステップ値）
【０１５８】
ここで上記の関数で求められた０の初期値をＩｎｉ（０）とし、1の初期値をＩｎｉ（１）とする。また、設定値とはヘッダに付与する初期値設定情報から、上記コードテーブルなどで導出する値である。上記例のようにすることによって、量子化ステップ値を初期値設定に有効に利用することができ、初期値設定情報に必要な情報量を減らすことが出来る。なお、ここでは既出ヘッダ情報として量子化ステップ値を利用したが、その他のパラメータでもよい。たとえば，スライスヘッダには、スライス内のマクロブロック数、つまりスライスの大きさが記載される。このためスライス内マクロブロック数からは、学習可能期間がわかるため、この値によって初期値設定情報に対して乗算する値を変え、学習速度を制御させてもよい。
【０１５９】
次に、本発明の第４実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）について説明する。本実施形態では算術符号化方式として図２０のような確率状態遷移図を利用する。状態遷移図に関して詳しくは「小野文孝，渡辺裕共著，“国際標準画像符号化の基礎技術”，コロナ社」を参照されたい。ここでは簡単に説明をする。また算術符号化方式以外の第４実施形態に係る動画像符号化方法（装置）及び動画像復号方法（装置）については第３実施形態までの実施例とフローは同じであるので、説明は省略する。
【０１６０】
状態遷移図による算術符号化では，確率の変動・適応化を、複数の確率状態を持った確率推定テーブル上を遷移させていくことにより行う。図２０は確率推定テーブルの状態遷移図の一例である。ここでは、０と１のうち発生数が支配的であるほうを優性シンボル、逆を劣性シンボルとして扱う。図２０のうち＃が状態を示すアドレス値、ＬＳＺが劣性シンボルの確率の１６進数表記、ＮＭが優性シンボルが選択されたときの次に遷移する状態のコード値、ＮＬが劣性シンボルが選択されたときの次に遷移する状態のアドレス、ＳＷがその状態において劣性シンボルが選択された際に、優性シンボルと劣性シンボルを切り替えることを示している。＃０の状態において、確率はほぼ５０％に設定されている。
【０１６１】
図２０を用いた算術符号化においては、まず初期状態として＃０、すなわち優性シンボルと劣性シンボルの確率がほぼ同一であるところからスタートする。そして符号化の際に＃０のＬＳＺを確率に適用した後、選択されたシンボルによって、別の状態へと確率を遷移させる。例えば＃０において優性シンボルが選択された場合は、＃１に遷移し、次のシンボルの符号化では＃１のＬＳＺを計算に適用する。逆に劣性シンボルが選択された場合には＃１に遷移すると共に、優性シンボルと劣性シンボルを入れ替える。このように徐々に遷移させていくことによって、確率を符号化対象に適用させながら変動させていくことが可能となっている。また遷移図の構成としては、確率を早く定常的な値へと学習させるために、状態遷移による確率の変動を、符号化開始時は大きく変化させ、符号化が進むにつれて小さく変化するように設定されている。例にあげた図２０の遷移図においては＃０から＃５、＃６から＃１３、＃１４から＃４５までの３段階に分けられている。
【０１６２】
第４実施形態における動画像符号化方法（装置）では、符号化に用いられた状態遷移図の初期状態を、設定情報付加ステップにて付与する。これにより、第４実施形態の動画像符号化方法（装置）は、これまでの実施形態の場合と同じく、算術符号化に利用する確率の初期値を符号化側で指定することができるようになる。このとき指定する初期値を、符号化対象の動画像の特性に合うような値に設定しておけば、確率が初期化された直後に、状態遷移による確率の変動が定常化状態へと進むまでの間に生じる符号化効率の低下を小さくすることができる。
【０１６３】
第４実施形態に係る動画像復号方法（装置）は、ヘッダにて状態遷移図の初期状態を示す設定情報を受け取り、その値によって当該スライスの初期化を行う。このため第４実施形態では、符号化側でそれぞれの動画像の性質に合わせて好適に設定した確率を、復号側においても使用することができる。従って、スライスレイヤ、フレームレイヤとシーケンスレイヤとによる階層構造を有する符号化データＤ７に対し、確率が好適に設定されて、データ圧縮の効率が向上された符号化データＤ７から、フレーム画像を好適に復元することが可能となる。
【０１６４】
以下、状態遷移図の初期状態を通知する手法について説明する。
【０１６５】
初期状態を通知する手法としては、状態を示す番号を固定符号や可変長符号に変換し、ヘッダに付与することが考えられる。しかしながら、図２０の状態遷移図では４６状態存在しているため、用意すべき符号長が大きくなり、また平均符号長も長くなってしまうという問題がある。そこで第３実施形態にて述べたように、ヘッダに既出の情報を用いて付与する情報量を削減することが望ましい。その例を図２１，２２に示す。図２１では動きベクトルの算術符号化に関する状態遷移図の初期状態を、既出のパラメータである画面サイズを利用して定めている。ここで、ｂｉｎ番号は第３実施形態で示したものと同じく、動きベクトル情報の各ビットの番号であり、初期開始位置はそのビットのコンテクストにおける、状態遷移図の初期状態番号、優性シンボルは、「０」と「１」のうち初期状態において優性シンボルとするシンボルを示している。図２２は、図２１に示したｂｉｎごとの初期開始位置を変換するための設定情報を定めている．図２２において「番号」は各設定情報に設けられた通し番号であり，遷移値は図２１の初期状態番号からの遷移量を示す。「方向」は、遷移の方向を示すものであり、遷移の方向によって正負の値が割り当てられている。「コード」は各設定情報に割り当てられた可変長符号であり、この符号を各種ヘッダに含ませることにより、設定情報の付加が可能となる。
【０１６６】
図２１と図２２による復号時の初期状態番号の設定の手順を図２５に示す．図２５に示すように、復号時の初期状態番号の設定を行うために、まず映像情報のヘッダから映像の大きさに関わるデータを読み取る（Ｓ６０１）。次に、ｂｉｎNに関わる情報として、ヘッダからｂｉｎＮに関する設定情報Ｓを読み取る（Ｓ６０２）。次に、上記の映像の大きさから図２１に示すｂｉｎＮの初期開始位置Ｐ０、優性シンボルＭ０を読み取る（Ｓ６０３）。そして、設定情報Ｓに基づき、初期開始位置Ｐ０、優性シンボルＭ０を変換させ、変換初期開始位置P、変換優性シンボルMを得る（Ｓ６０４）。設定情報Ｓによる変換方法は、遷移値がプラス方向であるならば、その遷移値回数分ＭＰＳ側が選択されたとして、遷移値がマイナスであれば、遷移値回数分ＬＰＳが選択されたとして、状態遷移図上を遷移させることにより行う。例えば、状態遷移図を図２０とし、初期開始状態P０・・・３０、優性シンボルＭ０＝１、設定情報Ｓの遷移値・・・３であったならば、求める変換初期開始位置Ｐは３３となる。この場合では変換優性シンボルＭはM０と変わらず１となる。このように変換されて得られたＰ，ＭをｂｉｎＮの初期開始位置として設定する（Ｓ６０５）。その後この処理をすべてのｂｉｎについて繰り返す（Ｓ６０６、Ｓ６０７）。なお、これらの初期状態コードテーブルや変換方法は一例であり、他の初期状態コードテーブルや変換方法を用いることもできる。
【０１６７】
またここでは画面サイズ情報を利用したが、これは一例であり、これに限定するものではない。例えば画像符号化するための符号化条件である量子化パラメータ値を用いて、第３実施形態で示した関数式を定義して初期状態を設定するようにしてもよく、画像をフレーム内もしくはフレーム間で符号化するかに関する情報を用いてもよい。また，図２０の状態遷移図のように、確率の変動が段階的になっている場合には、開始時の確率変動を変更できるように、設定情報にて、どの変動状態から開始するようにするか伝えてもよい。例えば図２０においては、＃０と＃６と＃１４は同一確率であるが、確率変動の傾きが異なっている。そこで、上記の各状態に対し固定符号や可変長符号を割り当て、設定情報としてヘッダに付与するようにしてもよい。
【０１６８】
次に、第４実施形態に係る動画像符号化方法をコンピュータに実現させるための第４実施形態の動画像符号化プログラムについて説明する。この動画像符号化プログラムがコンピュータに実行させる設定情報付加ステップでは、符号化に用いられた初期の確率テーブルが関連付けられている初期の状態番号がヘッダに付与する上記の既出の情報と上記の設定情報との所定の方法による組合わせに変換される。また、符号化ステップにおいては、上述したように状態遷移図を用いて状態番号を遷移させることによって確率テーブルを更新しつつ算術符号化が行われる。また、設定情報付加ステップにて、上記の既出の情報と設定情報とが、符号化信号に付加するヘッダに含められる。
【０１６９】
次に、第４実施形態に係る動画像復号方法をコンピュータに実現させるための第４実施形態の動画像復号プログラムについて説明する。この動画像復号プログラムがコンピュータに実行させる設定初期値設定ステップでは、符号化に用いられた初期の確率テーブルが関連付けられている初期の状態番号がヘッダに付与された上記の既出の情報と上記の設定情報との所定の方法による組合わせによって導出される。また、逆算術符号化ステップでは、上述したように状態遷移図を用いて状態番号を遷移させることによって確率テーブルを更新しつつ逆算術符号化が行われる。
【０１７０】
上記第３、第４の実施形態で、第２の実施形態のようにリストにて初期値設定情報および初期状態設定情報を設定する場合においては、ひとつの初期値設定情報および初期状態設定情報によって制御できる初期値の数としては、ひとつでもよいし、複数の確率情報をグループ化してまとめて制御することとしても良い。前者であれば、細かい初期確率設定が可能となるし、後者であれば伝送が必要な初期値設定情報および初期状態設定情報の情報量を減らすことが出来る。なお、このときの確率情報の組み合わせ方として、似た性質を示す符号化要素の確率情報を一つにグループ化することが望ましい。例えば、図３Ａ〜図３Ｊに示すマクロブロックモードの符号化においては、用いられる確率情報はひとつではなく、モード情報が二値化された情報に対して複数の確率情報が用いられて算術符号化が行われる。このようにひとつの符号化要素に関わる確率情報であれば、他の確率情報との相関関係が存在すると思われることから、それらすべてをまとめたひとつのグループで初期値を制御することが望ましい。また、画面全体が暗くなる場合など、スライス全体で輝度が変化するような場合においては、輝度に関わる、ＤＣＴ係数のうちのＤＣ係数に関する性質が変化すると考えられる。ＤＣ係数の符号化においても、用いられる確率情報はひとつではなく、ＤＣ係数が２値化された情報に対して複数の確率情報が用いられて算術符号化が行われることから、これらの確率情報をまとめて処理することが望ましい。
【０１７１】
複数の確率情報をグループ化してまとめて制御しようとする場合、全ての確率情報の初期値をひとつのコードによって制御することとしても良い。例えば、映像のジャンルごとに初期値を定義する方法がある。スポーツ系の映像であれば、動き情報が大きくなる傾向があるので、動きが大きくなるものが効率が良くなるように、それぞれの確率情報の初期値のセットを用意して設定するようにすればよいし、風景映像であれば、単純な動きであるので、動きが小さくなるものの効率が良くなるよう設定すればよい。
【０１７２】
最後に、本発明による信号伝送システムの実施形態について説明する。ここでは、映像情報を符号化して伝送する画像伝送システムを例として説明する。図１３は、実施形態に係る画像伝送システム（例えば、モバイル映像伝送システム）の構成を示す図である。画像伝送システムは、図１に示した画像符号化方法が実現される画像符号化装置（例えば、図２に示した画像符号化装置）と、図１０に示した画像復号方法が実現される画像復号装置（例えば、図１１に示した画像復号装置）とを備えて構成される。
【０１７３】
本システムにおいて、入力フレーム画像Ｄ１は、画像符号化装置１において符号化されて符号化データＤ７が生成され、有線または無線の所定の伝送路へと出力される。そして、画像符号化装置１から伝送路を伝送された符号化データＤ７は、画像復号装置２に入力され、出力フレーム画像Ｄ１０として復元される。
【０１７４】
このような画像伝送システムによれば、それぞれの分割区間単位で画像データが効率良く符号化されて、効率的に画像を伝送することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１７５】
本発明によれば、効率的に符号化できる信号符号化方法、信号符号化装置、及び信号符号化プログラム、符号化された信号を効率的に復号できる信号復号方法、信号復号装置、及び信号復号プログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０１７６】
【図１】図１は、画像符号化方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。
【図２】図２は、画像符号化装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図３】図３Ａ〜図３Ｊは、動き補償に用いられる符号化モードの一例を示す模式図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｂは、画像データの直交変換について示す図である。
【図５】図５は、算術符号化を用いた画像符号化方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】図６は、High Complexity Mode上での初期化処理の流れを示す図である。
【図７】図７は、UVLCによる符号化の例を示す図である。
【図８】図８は、シーケンスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータ伝送の例について説明する図である。
【図９】図９は、スライスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータ伝送の例について説明する図である。
【図１０】図１０は、画像復号方法の一実施形態を概略的に示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、画像復号装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図１２】図１２Ａ〜図１２Ｃは、初期値リストとそのコードテーブルの例を示す図である。
【図１３】図１３は、画像伝送システムの一実施形態の構成を示す模式図である。
【図１４】図１４は、算術符号化に用いられる確率テーブルの一例を示す表である。
【図１５】図１５は、図１４に示した確率テーブルを用いた文字列の符号化について示す図である。
【図１６】図１６は、図１４に示した確率テーブルを用いた文字列の復号について示す図である。
【図１７】図１７は、ヘッダ情報から初期値を決定する例を示す図である。
【図１８】図１８は、第２実施形態で述べたリストによる初期値設定の例を示す図である。
【図１９】図１９は、ヘッダに既出の情報を用いた初期値リストを複数用意しておき、初期値設定情報として使用するリストを示すコードを通知する例を示す図である。
【図２０】図２０は、確立状態遷移図の例を示す図である。
【図２１】図２１は、動きベクトルの算術符号化に関する状態遷移図の初期状態を、既出のパラメータである画面サイズを利用して定めた例を示す図である。
【図２２】図２２は、設定情報の例を示す図である。
【図２３】図２３は、シーケンスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータフォーマットを概略的に示す図である。
【図２４】図２４は、スライスレイヤのヘッダに設定情報を付加した場合のデータフォーマットを概略的に示す図である。
【図２５】図２５は、状態遷移図を用いた算術符号化における初期状態番号の設定の手順を示す図である。
【国際調査報告】
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