(57)【要約】【課題】少ないビット数のシグナリングでＣＵの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる動画像符号化装置及び動画像符号化方法を得ることを目的とする。【解決手段】可変長符号化部１３が、各々のＬＣＵにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大ＣＵ分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属するＣＵ以外のＣＵがブロック分割部２によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化する。【選択図】図１
2012186763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力画像を所定のサイズのマクロブロックに分割するとともに、各々のマクロブロックを四分木構造で階層的に分割することで、上記マクロブロックよりも細かい符号化単位のブロックである符号化処理単位ブロックを出力するブロック分割手段と、上記ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックに対応する符号化モードで、上記符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成手段と、上記ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックと上記予測画像生成手段により生成された予測画像との差分画像を圧縮し、上記差分画像の圧縮データを出力する画像圧縮手段と、上記画像圧縮手段から出力された圧縮データ及び上記符号化モードを可変長符号化して、上記圧縮データ及び上記符号化モードの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する可変長符号化手段とを備え、
上記可変長符号化手段は、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが上記ブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化することを特徴とする動画像符号化装置。
【請求項２】
可変長符号化手段は、各々のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長符号化する際、符号化対象のマクロブロックの周囲に存在しているマクロブロックに係る最大分割階層数に応じて、符号化対象のマクロブロックに係る最大分割階層数を表す符号のコード長を切り替えることを特徴とする請求項１記載の動画像符号化装置。
【請求項３】
可変長符号化手段は、符号化対象のマクロブロックの上側及び左側に存在しているマクロブロックに係る最大分割階層数が所定の条件を満足する場合に限り、符号化対象のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長符号化し、所定の条件を満足しなければ、上記最大分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割手段から出力された全ての符号化処理単位ブロックについての分割フラグを可変長符号化することを特徴とする請求項１または請求項２記載の動画像符号化装置。
【請求項４】
ブロック分割手段は、各々の符号化処理単位ブロックを四分木構造で階層的に分割することで、上記符号化処理単位ブロックよりも細かい直交変換単位のブロックである直交変換処理単位ブロックを出力し、
可変長符号化手段は、各々の符号化処理単位ブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する直交変換処理単位ブロック以外の直交変換処理単位ブロックが上記ブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化することを特徴とする請求項１記載の動画像符号化装置。
【請求項５】
ビットストリームに多重化されている符号化データから階層的に分割されている各々の符号化処理単位ブロックに係る圧縮データ及び符号化モードを可変長復号する可変長復号手段と、上記可変長復号手段により可変長復号された符号化処理単位ブロックに係る符号化モードで、上記符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成手段と、上記可変長復号手段により可変長復号された符号化ブロックに係る圧縮データから圧縮前の差分画像を生成し、上記差分画像と上記予測画像生成手段により生成された予測画像とを加算して復号画像を生成する復号画像生成手段とを備え、
上記可変長復号手段は、上記符号化データから各々のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長復号するとともに、上記最大分割階層数に対応する最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長復号し、上記最大分割階層数と上記分割フラグから上記マクロブロックの四分木構造を復号することを特徴とする動画像復号装置。
【請求項６】
可変長復号手段は、各々のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長復号する際、復号対象のマクロブロックの周囲に存在しているマクロブロックに係る最大分割階層数から、復号対象のマクロブロックに係る最大分割階層数を表す符号のコード長を把握することを特徴とする請求項５記載の動画像復号装置。
【請求項７】
可変長復号手段は、復号対象のマクロブロックの上側及び左側に存在しているマクロブロックに係る最大分割階層数が所定の条件を満足する場合に限り、符号化データから復号対象のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長復号化し、所定の条件を満足しなければ、上記符号化データから全ての符号化処理単位ブロックについての分割フラグを可変長復号して、上記分割フラグから復号対象のマクロブロックの四分木構造を復号することを特徴とする請求項５または請求項６記載の動画像復号装置。
【請求項８】
可変長復号手段は、符号化データから各々の符号化処理単位ブロックに係る最大分割階層数を可変長復号するとともに、上記最大分割階層数に対応する最も深い階層に属する直交変換処理単位ブロック以外の直交変換処理単位ブロックが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長復号し、上記最大分割階層数と上記分割フラグから上記符号化処理単位ブロックの四分木構造を復号することを特徴とする請求項５記載の動画像復号装置。
【請求項９】
ブロック分割手段が、入力画像を所定のサイズのマクロブロックに分割するとともに、各々のマクロブロックを四分木構造で階層的に分割することで、上記マクロブロックよりも細かい符号化単位のブロックである符号化処理単位ブロックを出力するブロック分割処理ステップと、予測画像生成手段が、上記ブロック分割処理ステップで出力された符号化処理単位ブロックに対応する符号化モードで、上記符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成処理ステップと、画像圧縮手段が、上記ブロック分割処理ステップで出力された符号化処理単位ブロックと上記予測画像生成処理ステップで生成された予測画像との差分画像を圧縮し、上記差分画像の圧縮データを出力する画像圧縮処理ステップと、可変長符号化手段が、上記画像圧縮処理ステップで出力された圧縮データ及び上記符号化モードを可変長符号化して、上記圧縮データ及び上記符号化モードの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する可変長符号化処理ステップとを備え、
上記可変長符号化処理ステップでは、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが上記ブロック分割処理ステップで四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化することを特徴とする動画像符号化方法。
【請求項１０】
可変長復号手段が、ビットストリームに多重化されている符号化データから階層的に分割されている各々の符号化処理単位ブロックに係る圧縮データ及び符号化モードを可変長復号する可変長復号処理ステップと、予測画像生成手段が、上記可変長復号処理ステップで可変長復号された符号化処理単位ブロックに係る符号化モードで、上記符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成処理ステップと、復号画像生成手段が、上記可変長復号処理ステップで可変長復号された符号化ブロックに係る圧縮データから圧縮前の差分画像を生成し、上記差分画像と上記予測画像生成処理ステップで生成された予測画像とを加算して復号画像を生成する復号画像生成処理ステップとを備え、
上記可変長復号処理ステップでは、上記符号化データから各々のマクロブロックに係る最大分割階層数を可変長復号するとともに、上記最大分割階層数に対応する最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長復号し、上記最大分割階層数と上記分割フラグから上記マクロブロックの四分木構造を復号することを特徴とする動画像復号方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、画像圧縮符号化技術や圧縮画像データ伝送技術などに用いられる動画像符号化装置、動画像復号装置、動画像符号化方法及び動画像復号方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ＭＰＥＧ，ＩＴＵ−Ｔ  Ｈ．２６ｘシリーズなどの従来の映像符号化方式では、映像信号の各フレームを「マクロブロック」と呼ばれる正方ブロックに均等分割し、マクロブロックの単位で、フレーム内・フレーム間予測処理、予測差分信号に対するＤＣＴ等の直交変換処理や量子化処理を実施して、エントロピー符号化を行うことで、最終的な圧縮データであるビットストリームを得る方式が採用されている。
ＡＶＣ／Ｈ．２６４までの方式では、マクロブロックのサイズとして、輝度信号上で、１６画素×１６ラインのブロックサイズが採用されているが、このサイズを拡張して予測対象ブロックや変換ブロックのサイズを適応化させることで、符号化性能を大きく改善する手法が報告されている（例えば、非特許文献１を参照)。
【０００３】
非特許文献１に開示されている従来のマクロブロックサイズの拡張方式では、マクロブロックがＬＣＵ（Ｌａｒｇｅｓｔ  Ｃｏｄｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：最大符号化単位）と称され、そのＬＣＵを更に分割して、分割後のブロック毎に動きベクトルを検出する構成や、直交変換のサイズを適応化させる構成を開示しているが、フレーム内符号化やフレーム間符号化を実施する際の符号化単位であるＣＵ（Ｃｏｄｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）は、図１３に示す四分木分割を採用している。
【０００４】
図１３において、「第０階層」と表記された輝度成分で、（Ｍ0，Ｍ0）(右上肩の数字は階層レベルを示している) のサイズを有する符号化ブロックがＬＣＵであり、このＬＣＵを出発点として、四分木構造で、シーケンス毎に別途定める階層数の上限（シーケンスでの上限階層数）まで階層的に分割を行うことによって、分割状態のＣＵを得ている。
四分木分割を行うため、常に（Ｍn+1，Ｍn+1）＝（Ｍn／２，Ｍn／２）が成立している。
従来のマクロブロックサイズの拡張方式では、ＬＣＵを出発点として、ＣＵを分割するか否かを示す分割フラグをＣＵ毎にシグナリングすることで、ＣＵの分割状態を表現している。
【０００５】
例えば、図１４に示すように、ＬＣＵを四分木構造で階層的に分割する場合、１個のＬＣＵ（第０階層）と、４個のＣＵ（第１階層）と、１２個のＣＵ（第２階層）とが得られるため、合計で１７個のブロック（ＬＣＵ＋ＣＵ）のそれぞれが分割されているか否かを示す分割フラグ（１＝分割：０＝非分割）が用意される。
このため、動画像符号化装置は、ＣＵの分割状態を動画像復号装置側に通知するため、１７個の分割フラグを１７ｂｉｔでシグナリングする。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Wiegand, W.-J. Han, B. Bross, J.-R. Ohm and G. J. Sullivan, “WD1: Working Draft 1 of High-Efficiency Video Coding,” Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) of ITU-T SG16 WP3 and ISO/IEC JTC1/SC29/WG11, doc. JCTVC-C403, Guangzhou, China, October 2010.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の動画像符号化装置は以上のように構成されているので、四分木構造の階層を深くする程、自由度の高いＣＵの分割状態を表現することができる。しかし、ＣＵの分割状態を動画像復号装置側に伝えるには、ビット数が多いシグナリングを行う必要があり、必要な符号量が増加してしまうなどの課題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、少ないビット数のシグナリングでＣＵの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる動画像符号化装置及び動画像符号化方法を得ることを目的とする。
また、この発明は、上記の動画像符号化装置に適用することができる動画像復号装置及び動画像復号方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る動画像符号化装置は、入力画像を所定のサイズのマクロブロックに分割するとともに、各々のマクロブロックを四分木構造で階層的に分割することで、マクロブロックよりも細かい符号化単位のブロックである符号化処理単位ブロックを出力するブロック分割手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックに対応する符号化モードで、符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックと予測画像生成手段により生成された予測画像との差分画像を圧縮し、その差分画像の圧縮データを出力する画像圧縮手段と、画像圧縮手段から出力された圧縮データ及び符号化モードを可変長符号化して、その圧縮データ及び符号化モードの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する可変長符号化手段とを備え、可変長符号化手段が、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックがブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、入力画像を所定のサイズのマクロブロックに分割するとともに、各々のマクロブロックを四分木構造で階層的に分割することで、マクロブロックよりも細かい符号化単位のブロックである符号化処理単位ブロックを出力するブロック分割手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックに対応する符号化モードで、符号化処理単位ブロックに対する予測処理を実施して予測画像を生成する予測画像生成手段と、ブロック分割手段から出力された符号化処理単位ブロックと予測画像生成手段により生成された予測画像との差分画像を圧縮し、その差分画像の圧縮データを出力する画像圧縮手段と、画像圧縮手段から出力された圧縮データ及び符号化モードを可変長符号化して、その圧縮データ及び符号化モードの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する可変長符号化手段とを備え、可変長符号化手段が、各々のマクロブロックにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属する符号化処理単位ブロック以外の符号化処理単位ブロックがブロック分割手段によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化するように構成したので、少ないビット数のシグナリングで符号化処理単位ブロックの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による動画像符号化装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図３】ＣＵ分割状態のエントロピー符号化処理を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１による動画像復号装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１による動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】ＣＵ分割状態のエントロピー復号処理を示すフローチャートである。
【図７】ＬＣＵが階層的に分割されて複数のＣＵが得られる様子を示す説明図である。
【図８】（ａ）は分割後のパーティションの分布を示し、（ｂ）は階層分割によって符号化モードｍ（Ｂjn）が割り当てられる状況を四分木グラフで示す説明図である。
【図９】可変長符号化部１３により生成されるビットストリームの一例を示す説明図である。
【図１０】最大ＣＵ分割階層数の符号例を示す説明図である。
【図１１】１７個のブロック（ＬＣＵ＋ＣＵ）の分割フラグを示す説明図である。
【図１２】最大ＣＵ分割階層数のハフマン符号の例を示す説明図である。
【図１３】四分木構造によるＬＣＵの階層的な分割を示す説明図である。
【図１４】１７個のブロック（ＬＣＵ＋ＣＵ）の分割フラグを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
この実施の形態１では、映像の各フレーム画像を入力し、近接フレーム間で動き補償予測を実施することで得られる予測差分信号に対して直交変換や量子化による圧縮処理を実施した後に可変長符号化を行ってビットストリームを生成する動画像符号化装置と、その動画像符号化装置から出力されたビットストリームを復号する動画像復号装置について説明する。
【００１３】
この実施の形態１の動画像符号化装置は、映像信号の空間・時間方向の局所的な変化に適応して、映像信号を多様なサイズの領域に分割してフレーム内・フレーム間適応符号化を行うことを特徴としている。
一般的に映像信号は、空間・時間的に信号の複雑さが局所的に変化する特性を有している。空間的に見ると、ある特定の映像フレーム上では、空や壁などのような比較的広い画像領域中で均一な信号特性を持つ絵柄もあれば、人物や細かいテクスチャを持った絵画など小さい画像領域内で複雑なテクスチャパターンを持つ絵柄も混在することがある。
時間的に見ても、空や壁は局所的に時間方向の絵柄の変化が小さいが、動く人物や物体はその輪郭が時間的に剛体・非剛体の運動をするため、時間的な変化が大きい。
【００１４】
符号化処理は、時間・空間的な予測によって信号電力やエントロピーの小さい予測差分信号を生成することで、全体の符号量を削減するが、予測のためのパラメータをできるだけ大きな画像信号領域に均一に適用できれば、当該パラメータの符号量を小さくすることができる。
一方、時間的・空間的に変化の大きい画像信号パターンに対して、同一の予測パラメータを適用すると、予測の誤りが増えるため、予測差分信号の符号量を削減することができない。
そこで、時間的・空間的に変化の大きい画像信号パターンに対しては、予測対象の領域を小さくして、予測のためのパラメータのデータ量を増やしても予測差分信号の電力・エントロピーを低減するほうが望ましい。
このような映像信号の一般的な性質に適応した符号化を行うため、この実施の形態１の動画像符号化装置では、所定の最大ブロックサイズから階層的に映像信号の領域を分割して、分割領域毎に予測処理や、予測差分の符号化処理を実施するようにしている。
【００１５】
この実施の形態１の動画像符号化装置が処理対象とする映像信号は、輝度信号と２つの色差信号からなるＹＵＶ信号や、ディジタル撮像素子から出力されるＲＧＢ信号等の任意の色空間のカラー映像信号のほか、モノクロ画像信号や赤外線画像信号など、映像フレームが水平・垂直２次元のディジタルサンプル（画素）列から構成される任意の映像信号である。
各画素の諧調は８ビットでもよいし、１０ビット、１２ビットなどの諧調であってもよい。
ただし、以下の説明においては、特に断らない限り、入力される映像信号がＹＵＶ信号であるものとする。また、２つの色差成分Ｕ，Ｖが輝度成分Ｙに対して、サブサンプルされた４：２：０フォーマットの信号であるものとする。
なお、映像の各フレームに対応する処理データ単位を「ピクチャ」と称し、この実施の形態１では、「ピクチャ」は順次走査（プログレッシブスキャン）された映像フレームの信号として説明を行う。ただし、映像信号がインタレース信号である場合、「ピクチャ」は映像フレームを構成する単位であるフィールド画像信号であってもよい。
【００１６】
図１はこの発明の実施の形態１による動画像符号化装置を示す構成図である。
図１において、符号化制御部１は動き補償予測処理（フレーム間予測処理）又はイントラ予測処理（フレーム内予測処理）が実施される際の符号化単位であるＬＣＵ（マクロブロック）のサイズ（ＬＣＵサイズ）を決定するとともに、予め設定されているＣＵ（ＬＣＵよりも細かい符号化単位のブロック）の分割階層数の上限（ＣＵの分割階層数の上限は、例えば、シーケンス、ピクチャあるいはスライス単位で設定される）の範囲内で、各々のＬＣＵにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大ＣＵ分割階層数を決定する処理を実施する。
また、符号化制御部１はＬＣＵが最大ＣＵ分割階層数に至るまで分割されることで得られる各々のＣＵに適する符号化モードを決定する処理を実施する。即ち、利用可能な１以上の符号化モード（１以上のイントラ符号化モード、１以上のインター符号化モード）の中から、各々のＣＵに適する符号化モードを選択する処理を実施する。
【００１７】
ブロック分割部２は入力画像を示す映像信号を入力すると、その映像信号が示す入力画像を符号化制御部１により決定されたＬＣＵサイズのＬＣＵに分割するとともに、符号化制御部１により決定された最大ＣＵ分割階層数に至るまで、そのＬＣＵを四分木構造で階層的に分割することでＣＵを得て、各々のＣＵを出力する処理を実施する。なお、ブロック分割部２はブロック分割手段を構成している。
【００１８】
切替スイッチ３は符号化制御部１により選択された符号化モードがイントラ符号化モードであれば、ブロック分割部２により分割されたＣＵをイントラ予測部４に出力し、符号化制御部１により選択された符号化モードがインター符号化モードであれば、ブロック分割部２により分割されたＣＵを動き補償予測部５に出力する処理を実施する。
イントラ予測部４は切替スイッチ３からブロック分割部２により分割されたＣＵを受けると、符号化制御部１から出力されたイントラ予測パラメータを用いて、そのＣＵに対するイントラ予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
動き補償予測部５は切替スイッチ３からブロック分割部２により分割されたＣＵを受けると、符号化制御部１から出力されたインター予測パラメータを用いて、そのＣＵに対する動き補償予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
なお、切替スイッチ３、イントラ予測部４及び動き補償予測部５から予測画像生成手段が構成されている。
【００１９】
減算部６はブロック分割部２により分割されたＣＵから、イントラ予測部４又は動き補償予測部５により生成された予測画像を減算することで差分画像（＝ＣＵ−予測画像）を生成し、その差分画像を示す予測差分信号を出力する処理を実施する。
変換・量子化部７は符号化制御部１から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、減算部６から出力された予測差分信号の変換処理（例えば、ＤＣＴ（離散コサイン変換）や、予め特定の学習系列に対して基底設計がなされているＫＬ変換等の直交変換処理）を実施するとともに、その予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、その予測差分信号の変換係数を量子化することで、量子化後の変換係数を差分画像の圧縮データとして出力する処理を実施する。なお、変換・量子化部７は画像圧縮手段を構成している。
【００２０】
逆量子化・逆変換部８は符号化制御部１から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、変換・量子化部７から出力された圧縮データを逆量子化し、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理（例えば、逆ＤＣＴ（逆離散コサイン変換）や、逆ＫＬ変換等の逆変換処理）を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを局所復号予測差分信号として出力する処理を実施する。
【００２１】
加算部９は逆量子化・逆変換部８から出力された局所復号予測差分信号とイントラ予測部４又は動き補償予測部５により生成された予測画像を示す予測信号を加算することで、局所復号画像を示す局所復号画像信号を生成する処理を実施する。
イントラ予測用メモリ１０はイントラ予測部４により次回のイントラ予測処理で用いられる画像として、加算部９により生成された局所復号画像信号が示す局所復号画像を格納するＲＡＭなどの記録媒体である。
【００２２】
ループフィルタ部１１は加算部９により生成された局所復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の局所復号画像信号が示す局所復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ１２に出力する処理を実施する。
動き補償予測フレームメモリ１２は動き補償予測部５により次回の動き補償予測処理で用いられる参照画像として、ループフィルタ部１１によるフィルタリング処理後の局所復号画像を格納するＲＡＭなどの記録媒体である。
【００２３】
可変長符号化部１３は例えば変換・量子化部７から出力された圧縮データと、符号化制御部１から出力された符号化モード、予測差分符号化パラメータ、最大ＣＵ分割階層数及び分割フラグ（最も深い階層に属するＣＵ以外のＣＵがブロック分割部２によって四分木分割されているか否かを示すフラグ）と、イントラ予測部４から出力されたイントラ予測パラメータ又は動き補償予測部５から出力されたインター予測パラメータとを可変長符号化して、その圧縮データ、符号化モード、予測差分符号化パラメータ、最大ＣＵ分割階層数、分割フラグ、イントラ予測パラメータ／インター予測パラメータの符号化データが多重化されているビットストリームを生成する処理を実施する。なお、可変長符号化部１３は可変長符号化手段を構成している。
【００２４】
図１では、動画像符号化装置の構成要素である符号化制御部１、ブロック分割部２、切替スイッチ３、イントラ予測部４、動き補償予測部５、減算部６、変換・量子化部７、逆量子化・逆変換部８、加算部９、ループフィルタ部１１及び可変長符号化部１３のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、動画像符号化装置がコンピュータで構成される場合、符号化制御部１、ブロック分割部２、切替スイッチ３、イントラ予測部４、動き補償予測部５、減算部６、変換・量子化部７、逆量子化・逆変換部８、加算部９、ループフィルタ部１１及び可変長符号化部１３の処理内容を記述しているプログラムを当該コンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図２はこの発明の実施の形態１による動画像符号化装置の処理内容を示すフローチャートである。
また、図３はＣＵ分割状態のエントロピー符号化処理を示すフローチャートである。
【００２５】
図４はこの発明の実施の形態１による動画像復号装置を示す構成図である。
図４において、可変長復号部５１はビットストリームに多重化されている符号化データから階層的に分割されている各々のＣＵに係る圧縮データ、符号化モード、予測差分符号化パラメータ、イントラ予測パラメータ／インター予測パラメータを可変長復号して、その圧縮データ及び予測差分符号化パラメータを逆量子化・逆変換部５５に出力するとともに、その符号化モード及びイントラ予測パラメータ／インター予測パラメータを切替スイッチ５２に出力する処理を実施する。
また、可変長復号部５１は符号化データから最大ＣＵ分割階層数及び分割フラグを可変長復号して、その最大ＣＵ分割階層数と分割フラグからＬＣＵの四分木構造を復号する処理を実施する。
なお、可変長復号部５１は可変長復号手段を構成している。
【００２６】
切替スイッチ５２は可変長復号部５１から出力されたＣＵに係る符号化モードがイントラ符号化モードである場合、可変長復号部５１から出力されたイントラ予測パラメータをイントラ予測部５３に出力し、その符号化モードがインター符号化モードである場合、可変長復号部５１から出力されたインター予測パラメータを動き補償予測部５４に出力する処理を実施する。
イントラ予測部５３は切替スイッチ５２から出力されたイントラ予測パラメータを用いて、当該ＣＵに対するイントラ予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
動き補償予測部５４は切替スイッチ５２から出力されたインター予測パラメータを用いて、当該ＣＵに対する動き補償予測処理を実施して予測画像を生成する処理を実施する。
なお、切替スイッチ５２、イントラ予測部５３及び動き補償予測部５４から予測画像生成手段が構成されている。
【００２７】
逆量子化・逆変換部５５は可変長復号部５１から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、可変長復号部５１から出力された符号化ブロックに係る圧縮データを逆量子化し、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理（例えば、逆ＤＣＴ（逆離散コサイン変換）や、逆ＫＬ変換等の逆変換処理）を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを復号予測差分信号（圧縮前の差分画像を示す信号）として出力する処理を実施する。
加算部５６は逆量子化・逆変換部５５から出力された復号予測差分信号とイントラ予測部５３又は動き補償予測部５４により生成された予測画像を示す予測信号を加算することで、復号画像を示す復号画像信号を生成する処理を実施する。
なお、逆量子化・逆変換部５５及び加算部５６から復号画像生成手段が構成されている。
【００２８】
イントラ予測用メモリ５７はイントラ予測部５３により次回のイントラ予測処理で用いられる画像として、加算部５６により生成された復号画像信号が示す復号画像を格納するＲＡＭなどの記録媒体である。
ループフィルタ部５８は加算部５６により生成された復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の復号画像信号が示す復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ５９に出力する処理を実施する。
動き補償予測フレームメモリ５９は動き補償予測部５４により次回の動き補償予測処理で用いられる参照画像として、ループフィルタ部５８によるフィルタリング処理後の復号画像を格納するＲＡＭなどの記録媒体である。
【００２９】
図４では、動画像復号装置の構成要素である可変長復号部５１、切替スイッチ５２、イントラ予測部５３、動き補償予測部５４、逆量子化・逆変換部５５、加算部５６及びループフィルタ部５８のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなど）で構成されているものを想定しているが、動画像復号装置がコンピュータで構成される場合、可変長復号部５１、切替スイッチ５２、イントラ予測部５３、動き補償予測部５４、逆量子化・逆変換部５５、加算部５６及びループフィルタ部５８の処理内容を記述しているプログラムを当該コンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにしてもよい。
図５はこの発明の実施の形態１による動画像復号装置の処理内容を示すフローチャートである。
また、図６はＣＵ分割状態のエントロピー復号処理を示すフローチャートである。
【００３０】
次に動作について説明する。
最初に、図１の動画像符号化装置の処理内容を説明する。
まず、符号化制御部１は、符号化対象のピクチャ（カレントピクチャ）の符号化に用いるＬＣＵのサイズ（ＬＣＵサイズ）と、予め設定されているＣＵの分割階層数の上限の範囲内で、そのＬＣＵにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大ＣＵ分割階層数とを決定する（図２のステップＳＴ１）。
また、符号化制御部１は、ブロック分割部２によりＬＣＵが最大ＣＵ分割階層数に至るまで分割されることで得られる各々のＣＵに適する符号化モードを決定する。
即ち、利用可能な１以上の符号化モード（１以上のイントラ符号化モード、１以上のインター符号化モード）の中から、各々のＣＵに適する符号化モードを選択する。
符号化モードの選択処理は公知の技術であるため詳細な説明は省略する。なお、符号化モードの選択処理は、後述するブロック分割部２によりＬＣＵが階層的に分割されて複数のＣＵが得られた後に、各々のＣＵに適する符号化モードを決定するようにしてもよい。
【００３１】
ＬＣＵサイズの決め方として、例えば、全てのピクチャに対して、入力画像の解像度に応じたサイズに決定する方法が考えられる。
また、入力画像の局所的な動きの複雑さの違いをパラメータとして定量化しておき、動きの激しいピクチャではＬＣＵサイズを小さな値に決定し、動きが少ないピクチャではＬＣＵサイズを大きな値に決定する方法などが考えられる。
最大ＣＵ分割階層数については、例えば、入力画像の動きが激しい程、階層数を深くして、より細かい動きが検出できるように設定し、入力画像の動きが少なければ、階層数を抑えるように設定する方法が考えられる。
なお、最大ＣＵ分割階層数は、シーケンス単位で固定の値を用いるよう構成してもよい。
【００３２】
ブロック分割部２は、入力画像を示す映像信号を入力すると、その映像信号が示す入力画像を符号化制御部１により決定されたＬＣＵサイズに分割する。
また、ブロック分割部２は、ＬＣＵサイズの画像領域（ＬＣＵ）毎に、符号化制御部１により決定された最大ＣＵ分割階層数に至るまで、そのＬＣＵを四分木構造で階層的に分割することで、ＬＣＵよりも細かい符号化単位のブロックであるＣＵを得て、各々のＣＵを切替スイッチ３及び減算部６に出力する（ステップＳＴ２）。
【００３３】
ここで、図７はＬＣＵが階層的に分割されて複数のＣＵが得られる様子を示す説明図である。
ＬＣＵは、図７において、「第０階層」と表記されている輝度成分で、（Ｌ0，Ｍ0）の画素サイズを有するＣＵであると定義する。
図７の例では、ＬＣＵを出発点として、４分木構造で、別途定める所定の深さ（最大ＣＵ分割階層数）まで階層的に分割を行うことによって、複数のＣＵを得ている。
【００３４】
深さｎでは、ＣＵはサイズ（Ｌn，Ｍn）の画像領域である。
ただし、ＬnとＭnは同じであってもよいし異なっていてもよいが、図７の例ではＬn＝Ｍnのケースを示している。
以降、ＣＵのサイズは、ＣＵの輝度成分におけるサイズ（Ｌn，Ｍn）と定義する。
【００３５】
ブロック分割部２は、４分木分割を行うため、常に（Ｌn+1，Ｍn+1）＝（Ｌn／２，Ｍn／２）が成立する。
ただし、ＲＧＢ信号などのように、全ての色成分が同一サンプル数を有するカラー映像信号（４：４：４フォーマット）では、全ての色成分のサイズが（Ｌn，Ｍn）になるが、４：２：０フォーマットを扱う場合、対応する色差成分の符号化ブロックのサイズは（Ｌn／２，Ｍn／２）である。
以降、第ｎ階層のＣＵをＢjn（ｊ：第ｎ階層におけるＣＵ番号）で表し、Ｂjnで選択しうる符号化モードをｍ（Ｂjn）と表記する。
【００３６】
複数の色成分からなるカラー映像信号の場合、符号化モードｍ（Ｂjn）は、色成分ごとに、それぞれ個別のモードを用いるように構成されてもよいが、以降、特に断らない限り、ＹＵＶ信号、４：２：０フォーマットのＣＵの輝度成分に対する符号化モードのことを指すものとして説明を行う。
符号化モードｍ（Ｂjn）には、１つないし複数のイントラ符号化モード（総称して「ＩＮＴＲＡ」）、１つないし複数のインター符号化モード（総称して「ＩＮＴＥＲ」）があり、符号化制御部１は、上述したように、当該ピクチャで利用可能な全ての符号化モードないしは、そのサブセットの中から、ＣＵであるＢjnに対して最も符号化効率がよい符号化モードを選択する。
【００３７】
符号化制御部１は、符号化対象のピクチャ（カレントピクチャ）の符号化に用いる各々のＬＣＵに対して、例えば、図８に示すようなＣＵ分割状態を生成してＣＵであるＢjnを特定する。
図８（ａ）の網がけ部分はＢjnで定義される領域を示し、また、図８（ｂ）は階層分割によって符号化モードｍ（Ｂjn）が割り当てられる状況を四分木グラフで示している。
図８（ｂ）において、□で囲まれているノードが、符号化モードｍ（Ｂjn）が割り当てられたノード（ＣＵ）を示している。
【００３８】
なお、ＣＵであるＢjnは、図８に示すように、更に１つないし複数のパーティションであるＰＵ（Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ  Ｕｎｉｔ：予測処理単位）に分割される。
以降、Ｂjnに属するパーティションをＰjin（ｉ： 第ｎ階層に属する第ｊＣＵにおけるＰＵ番号）と表記する。
Ｂjnに属するパーティションＰjinの分割がどのようになされているかは符号化モードｍ（Ｂjn）の中に情報として含まれる。
パーティションＰjinは、すべて符号化モードｍ（Ｂjn）に従って予測処理が行われるが、パーティションＰjin毎に、個別の予測パラメータを選択することができる。
【００３９】
切替スイッチ３は、符号化制御部１が各々のＢjnのパーティションＰjinに対して最適な符号化モードｍ（Ｂjn）を選択すると、その符号化モードｍ（Ｂjn）がイントラ符号化モードであれば（ステップＳＴ３）、ブロック分割部２により分割されたＣＵであるＢjnのパーティションＰjinをイントラ予測部４に出力する。
一方、その符号化モードｍＢjnがインター符号化モードであれば（ステップＳＴ３）、ブロック分割部２により分割されたＣＵであるＢjnのパーティションＰjinを動き補償予測部５に出力する。
【００４０】
イントラ予測部４は、切替スイッチ３からＣＵであるＢjnのパーティションＰjinを受けると、符号化制御部１により選択された符号化モードｍ（Ｂjn）に対応するイントラ予測パラメータを用いて、そのＢjnのパーティションＰjinに対するイントラ予測処理を実施して、イントラ予測画像Ｐjinを生成する（ステップＳＴ４）。
イントラ予測部４は、イントラ予測画像Ｐjinを生成すると、そのイントラ予測画像Ｐjinを減算部６及び加算部９に出力するが、図４の動画像復号装置でも同じイントラ予測画像Ｐjinを生成できるようにするため、そのイントラ予測パラメータを可変長符号化部１３に出力する。
この実施の形態１におけるイントラ予測処理は、ＡＶＣ／Ｈ．２６４規格（ＩＳＯ／ＩＥＣ １４４９６−１０）に定められるような方向性を有する適応空間予測を行う場合、ＰＵ毎に選択される予測モード情報などの情報を含んでいる。
この実施の形態１におけるイントラ予測処理は、ＡＶＣ／Ｈ．２６４規格に定められるアルゴリズムに限定されないが、イントラ予測パラメータとしては、動画像符号化装置側と動画像復号装置側でまったく同じイントラ予測画像を生成するために必要な情報を含んでいる必要がある。
【００４１】
動き補償予測部５は、切替スイッチ３からＣＵであるＢjnのパーティションＰjinを受けると、そのＢjnのパーティションＰjinと動き補償予測フレームメモリ１２に格納されている参照画像から動きベクトルを探索し、その動きベクトル及び符号化モードｍ（Ｂjn）に対応するインター予測パラメータを用いて、そのＢjnのパーティションＰjinに対する動き補償予測処理を実施して、インター予測画像Ｐjinを生成する（ステップＳＴ５）。
【００４２】
動き補償予測部５は、インター予測画像Ｐjinを生成すると、そのインター予測画像Ｐjinを減算部６及び加算部９に出力するが、図４の動画像復号装置でも同じインター予測画像Ｐjinを生成できるようにするため、そのインター予測パラメータを可変長符号化部１３に出力する。
インター予測画像の生成に用いられたインター予測パラメータは、下記に示す情報を含み、動画像復号装置側でまったく同じインター予測画像を生成するために、可変長符号化部１３によってビットストリームに多重化される。
・  ＣＵであるＢjn内のパーティション分割を記述するモード情報
・  ＰＵであるパーティションＰjinの動きベクトル
・  動き補償予測フレームメモリ１２内に複数の参照画像を含む構成の場合、いずれの参照画像を用いて予測を行うかを示す参照画像指示インデックス情報
・  複数の動きベクトル予測値候補がある場合に、いずれの動きベクトル予測値を選択して使用するかを示すインデックス情報
・  複数の動き補償内挿フィルタがある場合に、いずれのフィルタを選択して使用するかを示すインデックス情報
・  ＰＵであるパーティションＰjinの動きベクトルが複数の画素精度（半画素、１／４画素、１／８画素など）を示すことが可能な場合、いずれの画素精度を使用するかを示す選択情報
【００４３】
減算部６は、イントラ予測部４又は動き補償予測部５が予測画像（イントラ予測画像Ｐjin、インター予測画像Ｐjin）を生成すると、ブロック分割部２により分割されたＣＵであるＢjnのパーティションＰjinから、イントラ予測部４又は動き補償予測部５により生成された予測画像（イントラ予測画像Ｐjin、インター予測画像Ｐjin）を減算することで差分画像を生成し、その差分画像を示す予測差分信号ｅjinを変換・量子化部７に出力する（ステップＳＴ６）。
【００４４】
変換・量子化部７は、減算部６から予測差分信号ｅjinを受けると、符号化制御部１から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位に、複数の予測差分信号ｅjinを纏めることで予測差分信号ｅinを求め、その予測差分符号化パラメータに基づいて、その予測差分信号ｅinの変換処理（例えば、ＤＣＴ（離散コサイン変換）や、予め特定の学習系列に対して基底設計がなされているＫＬ変換等の直交変換処理）を実施することで、変換係数を算出する。
また、変換・量子化部７は、その予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、その変換係数を量子化することで、量子化後の変換係数を差分画像の圧縮データとして逆量子化・逆変換部８及び可変長符号化部１３に出力する（ステップＳＴ７）。
【００４５】
ここで、直交変換を行う単位は、ＣＵを開始点とする四分木構造で分割して得られるＴＵ（Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ  Ｕｎｉｔ：直交変換処理単位ブロック）単位が適用される。
最大ＴＵサイズ、最小ＴＵサイズ及び最大ＴＵ分割階層数（ＣＵにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数）も、ＬＣＵの場合と同様に、符号化制御部１が決定する。
ＴＵサイズの決め方として、例えば、全てのピクチャに対して、入力画像の解像度に応じたサイズに決定する方法が考えられる。
また、入力画像の局所的な動きの複雑さの違いをパラメータとして定量化しておき、動きの激しいピクチャではＴＵサイズを小さな値に決定し、動きが少ないピクチャではＴＵサイズを大きな値に決定する方法などが考えられる。
最大ＴＵ分割階層数については、例えば、入力画像の動きが激しい程、階層数を深くして、より細かい単位で直交変換が検出できるように設定し、入力画像の動きが少なければ、階層数を抑えるように設定する方法が考えられる。
なお、最大ＴＵ分割階層数は、シーケンス単位で固定の値を用いるよう構成してもよい。
変換・量子化部７では、ＣＵ毎に、上記で定めた最大ＴＵ分割階層数に至るまで階層的にＴＵへ分割し、各ＴＵに対して上記の直交変換と量子化を行う。
【００４６】
逆量子化・逆変換部８は、変換・量子化部７から差分画像の圧縮データを受けると、符号化制御部１から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、その差分画像の圧縮データを逆量子化し、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理（例えば、逆ＤＣＴ（逆離散コサイン変換）や、逆ＫＬ変換等の逆変換処理）を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを局所復号予測差分信号ｅjinハット（電子出願の関係上、アルファベット文字に付いた「＾」をハットと表記する）として加算部９に出力する（ステップＳＴ８）。
【００４７】
符号化制御部１から出力される予測差分符号化パラメータは、ＣＵの領域毎に、その内部の予測差分信号ｅjinの符号化に用いる量子化パラメータ、ＴＵの分割状態を示す情報を含んでいる。
その予測差分符号化パラメータは、符号化制御部１が、符号化モードｍ（Ｂjn）を決定する際に一緒に決定される。
量子化パラメータは、ＬＣＵの単位で１つ割り当て、それらを分割したＣＵ単位で共通に使用する形式でもよいし、ＣＵ毎に、ＬＣＵの量子化パラメータからの差分値として表現するようにしてもよい。
なお、ＴＵの分割は、ＣＵではなく、ＣＵから分割されたＰＵであるＰjinを単位として決定するように構成されていてもよい。
【００４８】
加算部９は、逆量子化・逆変換部８から局所復号予測差分信号ｅjinハットを受けると、その局所復号予測差分信号ｅjinハットと、イントラ予測部４又は動き補償予測部５により生成された予測画像（イントラ予測画像Ｐjin、インター予測画像Ｐjin）を示す予測信号を加算することで、局所復号パーティション画像Ｐjinハットないしはその集まりとしての局所復号符号化ブロック画像である局所復号画像を生成する（ステップＳＴ９）。
加算部９は、局所復号画像を生成すると、その局所復号画像を示す局所復号画像信号をイントラ予測用メモリ１０に格納するとともに、その局所復号画像信号をループフィルタ部１１に出力する。その局所復号画像信号が以降のイントラ予測用の画像信号となる。
【００４９】
ステップＳＴ３〜ＳＴ９の処理は、階層的に分割された全てのＣＵに対する処理が完了するまで繰り返し実施され、全てのＣＵに対する処理が完了するとステップＳＴ１３の処理に移行する（ステップＳＴ１０，ＳＴ１１）。
【００５０】
ループフィルタ部１１は、加算部９から局所復号画像信号を受けると、その局所復号画像信号に対して所定のフィルタリング処理を実施することで、その局所復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の局所復号画像信号が示す局所復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ１２に格納する（ステップＳＴ１２）。
ループフィルタ部１１によるフィルタリング処理は、加算部９から出力される局所復号画像信号のＬＣＵあるいは個々のＣＵ単位で行ってもよいし、１画面分のＣＵに相当する局所復号画像信号が出力された後に１画面分まとめて行ってもよい。
【００５１】
可変長符号化部１３は、符号化制御部１から出力された符号化モード、予測差分符号化パラメータ、ＬＣＵサイズ、最大ＣＵ分割階層数、ＴＵ最大サイズ、ＴＵ最小サイズ、最大ＴＵ分割階層数及び分割フラグ（ＬＣＵのＣＵ分割状態）と、変換・量子化部７から出力された圧縮データ及び各ＣＵのＴＵ分割状態と、イントラ予測部４から出力されたイントラ予測パラメータ又は動き補償予測部５から出力されたインター予測パラメータをエントロピー符号化する。
可変長符号化部１３は、エントロピー符号化の符号化結果である符号化モード、予測差分符号化パラメータ、ＬＣＵサイズ、最大ＣＵ分割階層数、ＴＵ最大サイズ、ＴＵ最小サイズ、最大ＴＵ分割階層数、分割フラグ（ＬＣＵのＣＵ分割状態）、圧縮データ、各ＣＵのＴＵ分割状態、イントラ予測パラメータ／インター予測パラメータの符号化データを多重化してビットストリームを生成する（ステップＳＴ１３）。
図９は可変長符号化部１３により生成されるビットストリームの一例を示す説明図であり、このビットストリームには、ＬＣＵの符号化データの中に、最大ＣＵ分割階層数が含まれていることを示している。
【００５２】
以下、この実施の形態１の特徴である「ＣＵ分割状態のエントロピー符号化処理」について詳述する。
この実施の形態１では、ＬＣＵ（階層ｎ＝０）を開始点として、各ＣＵの四分木分割が最大ＣＵ分割階層数に至るまで再帰的に繰り返される。
まず、可変長符号化部１３は、最大ＣＵ分割階層数を符号化する（図３のステップＳＴ２１）。
【００５３】
最大ＣＵ分割階層数の符号は、フレーム内符号化のみ行うピクチャ（あるいは、ピクチャを分割したスライス）に属するＬＣＵの場合、例えば、図１０の左側のテーブルを参照することで２値化値が決定され、フレーム間符号化を行うスライス又はピクチャに属するＬＣＵの場合、例えば、図１０の右側のテーブルを参照することで決定される。
フレーム内符号化では、予測が当たり難く、ＬＣＵは細かく分割され易いため、最大ＣＵ分割階層数が大きい程、短い符号を割り当てている。
一方、フレーム間符号化では、予測が比較的当たり易いので、最大ＣＵ分割階層数が小さい程、短い符号を割り当てることにより、効率よくＣＵ分割状態を符号化することができるようにしている。
また、図１０に示すように、シーケンス、ピクチャあるいはスライス毎に設定されたＣＵの分割階層数の上限の値に応じて、テーブルを切り替えて、ＣＵの分割階層数の上限の値までのインデックスしか持たないテーブルを使用することにより、符号の冗長度を最小にとどめることができ、効率よくＣＵの分割状態を符号化することができる。
【００５４】
可変長符号化部１３は、第０階層のＣＵ符号化処理に移行する（ステップＳＴ２２）。
可変長符号化部１３は、処理対象の階層ｎが０であると同時に最大ＣＵ分割階層数が２以上である場合（ステップＳＴ２０１）、処理対象の階層ｎに属するＣＵが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを符号化せずに、当該ＣＵを四分木分割した第ｎ＋１階層に属するＣＵのＣＵ符号化処理をＺスキャン順に実行する（ステップＳＴ２０５）。
可変長符号化部１３は、処理対象の階層ｎが最大ＣＵ分割階層数に対応する最も深い階層でなければ（ステップＳＴ２０２）、処理対象の階層ｎに属する各々のＣＵが、四分木分割されているか否かを示す分割フラグを符号化する（ステップＳＴ２０３）。
例えば、ＣＵが四分木分割されている場合、分割フラグは“１”に符号化され、ＣＵが四分木分割されていない場合、分割フラグは“０”に符号化される。ＣＵの分割フラグは、例えば、ＬＣＵから始まるＺスキャン順に符号化される。ＣＵが四分木分割されていれば（ステップＳＴ２０４）当該ＣＵを四分木分割した第ｎ＋１階層に属するＣＵのＣＵ符号化処理をＺスキャン順に実行する（ステップＳＴ２０５）。当該ＣＵが四分木分割されていない場合には当該ＣＵ符号化処理を終了する。この際、当該ＣＵに属する符号化データを符号化するよう構成してもよいし、全てのＣＵ分割状態を符号化した後に各ＣＵの符号化データを符号化するように構成してもよい。
なお、処理対象の階層ｎが最大ＣＵ分割階層数に対応する最も深い階層である場合、当該階層に属するＣＵは、それ以上の四分木分割がなされないため、ＣＵの分割フラグは符号化されないで当該ＣＵ符号化処理を終了する。
【００５５】
最大ＣＵ分割階層数が“１”でない場合、上述したように、ＬＣＵは、少なくとも１度は四分木分割がなされることが自明であるため、ＬＣＵに対する分割フラグは符号化しないようにしている。
このように、最大ＣＵ分割階層数が“１”でない場合、ＬＣＵに対する分割フラグが符号化されないため、効率よくＣＵ分割状態を符号化することができる。
【００５６】
また、Ｚスキャン順にＣＵの分割フラグを符号化する際に、Ｚスキャン順で符号化されていない最後のＣＵを符号化する前までに、最大ＣＵ分割階層数の階層となるＣＵが発生していない場合、Ｚスキャン順で符号化されていない最後のＣＵが最大ＣＵ分割階層数に対応する階層まで分割されることが自明であるため、この場合にも、ＣＵ分割フラグを符号化しないようにしている。
このように、分割されることが自明であるＣＵに対しては、ＣＵの分割フラグが符号化されないため、効率よくＣＵ分割状態を符号化することができる。
【００５７】
これらのエントロピー符号化としては、算術符号化を適用するようしてもよいし、ハフマン符号化を適用するようにしてもよい。
以下、ＣＵ分割状態の符号化処理を図１１の具体例を用いて説明する。
図１１の例では、フレーム間符号化を行うスライス又はピクチャにおけるＬＣＵとして、ＬＣＵサイズが６４画素×６４画素サイズ、ＣＵの分割階層数の上限が４の場合、つまり、ＣＵのサイズとして６４画素×６４画素、３２画素×３２画素、１６画素×１６画素及び８画素×８画素が選択できるものとしている。
図１１の例では、処理対象のＬＣＵが３２画素×３２画素サイズのＣＵに四分木分割され、左上、右上、右下の３２画素×３２画素サイズのＣＵが、更に１６画素×１６画素サイズのＣＵに四分木分割されている。
【００５８】
従来手法では、ＬＣＵ（第０階層）が四分木分割されるため、ＬＣＵに対するＣＵの分割フラグとして“１”を符号化する。
次に、第１階層において、Ｚスキャン順にＣＵの分割フラグを符号化する。即ち、左上、右上、左下、右下の３２画素×３２画素サイズのＣＵ毎に、ＣＵの分割フラグを符号化する。
図１１の例では、左上、右上、右下の３２画素×３２画素サイズのＣＵについての分割フラグとして“１”を符号化し、左下の３２画素×３２画素サイズのＣＵについての分割フラグとして“０”を符号化する。
１６画素×１６画素サイズのＣＵについては、それ以上の四分木分割が行われないため、１６×１６画素サイズのＣＵ毎に、ＣＵの分割フラグとして“０”を符号化する。
このように、従来手法では、第０階層でＣＵの分割フラグが１個、第１階層でＣＵの分割フラグが４個、第２階層でＣＵの分割フラグが１２個であり、合計で１７個のＣＵの分割フラグが符号化されてＣＵ分割状態の符号化処理が終了する。
【００５９】
一方、この実施の形態１の手法では、ＬＣＵが、最大で第２階層に属する１６画素×１６画素サイズのＣＵまで分割されるため、第０階層、第１階層、および第２階層の合計“３”の最大ＣＵ分割階層数に対応する “１１０”（３個の２値化値）を符号化する（図１０の右側のテーブルを参照）。この場合、ＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数が“１”ではなく、ＬＣＵが必ず１度は分割されることが自明であるため、ＬＣＵ（第０階層）に対するＣＵの分割フラグは符号化しない。
次に、第１階層において、Ｚスキャン順にＣＵの分割フラグを符号化する。即ち、左上、右上、左下、右下の３２画素×３２画素サイズのＣＵ毎にＣＵの分割フラグを符号化する。
図１１の例では、左上、右上、右下の３２画素×３２画素サイズのＣＵについての分割フラグとして“１”を符号化し、左下の３２画素×３２画素サイズのＣＵについての分割フラグとして“０”を符号化する。
図１１の例では、ＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数が“３”であり、これ以上のＣＵの分割が行われないことが明らかであるため、これ以上のＣＵの分割フラグは符号化しない。
このように、この実施の形態１による手法では、最大ＣＵ分割階層数を示す３個の２値化値と、第１階層におけるＣＵの分割フラグの４個が符号化対象となるため、合計で７個の２値化値が符号化されてＣＵ分割状態の符号化処理が終了する。
【００６０】
ＣＵ分割状態の符号化処理において、算術符号化を適用する場合には、最大ＣＵ分割階層数の符号化を図１０のテーブルを用いて２値化した後に、各２値化値（ｂｉｎ）に対して適切な条件付発生確率によって適応算術符号化を行うことで、さらに符号量を削減することができる。
ＣＵの分割状態は、画面の動きやテクスチャに依存して形成されるが、画面の動きやテクスチャは一般に空間近傍では類似する可能性が高い。
そこで、例えば、符号化対象のＬＣＵの上側の最大ＣＵ分割階層数をＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ、左側の最大ＣＵ分割階層数をＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔとし、その最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ，ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔに応じて、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数を表す符号のコード長を切り替えるようにしてもよい。
即ち、符号化対象のＬＣＵの上側及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ，ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔに応じて、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数の最初のｂｉｎの優勢シンボルの生起確率を保持するメモリを切り替えるようにしてもよい。
【００６１】
フレーム内符号化を行うスライス又はピクチャに含まれるＬＣＵの場合、最大ＣＵ分割階層数が大きくなる可能性が高いため、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの双方が大きい値をとる場合（例えば、双方とも“０”でない場合、あるいは、片方でもＣＵの分割階層数の上限である場合、または、双方の和が所定の閾値より大きい場合）、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数が大きい値をとる確率が高くなるような最初のｂｉｎの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
逆に、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの双方が大きい値をとることがない場合、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数が大きい値をとる確率が低くなるような最初のｂｉｎの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
このように、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数の最初のｂｉｎの優勢シンボルの生起確率を保持するメモリを切り替えることで、発生する確率の高いシンボルを少ない情報量で符号化することができるため、効率よくＣＵ分割状態を符号化することができる。
【００６２】
また、フレーム間符号化を行うスライス又はピクチャに含まれるＬＣＵの場合、最大ＣＵ分割階層数が小さくなる可能性が高いため、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの双方が小さい値をとる場合（例えば、双方とも“０”である場合、あるいは、双方ともＣＵの分割階層数の上限でない場合、または、双方の和が所定の閾値より小さい場合）、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数が小さい値をとる確率が高くなるような最初のｂｉｎの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
逆に、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの双方が小さい値をとることがない場合、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数が小さい値をとる確率が低くなるような最初のｂｉｎの優勢シンボルおよび生起確率を適用する。
このように、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数の最初のｂｉｎの優勢シンボルの生起確率を保持するメモリを切り替えることで、発生する確率の高いシンボルを少ない情報量で符号化することができるため、効率よくＣＵ分割状態を符号化することができる。
【００６３】
ＣＵ分割状態の符号化処理において、ハフマン符号化を適用する場合には、図１２に示すように、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの値が大きい場合と小さい場合で、ハフマンテーブルを切り替えことで、算術符号化において、優勢シンボルの生起確率が高くなるような符号化シンボルには短い符号を割り当て、逆の場合には長い符号を割り当てることにより得られる効果と同様の効果が得られる。
【００６４】
この実施の形態１では、ＬＣＵ毎に、常に最大ＣＵ分割階層数を符号化するものを示したが、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔが所定の条件を満足する場合に限り、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数を可変長符号化し、所定の条件を満足しなければ、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割部２から出力された全てのＣＵの分割フラグを可変長符号化するよう構成してもよい。
【００６５】
即ち、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの双方が小さい値をとる場合（例えば、双方とも“０”である場合、あるいは、双方ともＣＵの分割階層数の上限でない場合、または、双方の和が所定の閾値より小さい場合）、上述した符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数を符号化する手法でＣＵ分割状態を符号化する。
逆に、上側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ａｂｏｖｅ及び左側の最大ＣＵ分割階層数ＭａｘＣＵＤｅｐｔｈ＿Ｌｅｆｔの双方が小さい値をとることがない場合、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割部２から出力された全てのＣＵの分割フラグを可変長符号化することで、ＣＵ分割状態を符号化する。
このように構成することで、偶発的に最大ＣＵ分割階層数が最大となるＬＣＵが多数発生するような場合には、最大ＣＵ分割階層数のオーバーヘッドを少なくすることができ、効率よくＣＵ分割状態を符号化することができる。
【００６６】
以上で明らかなように、図１の動画像符号化装置によれば、可変長符号化部１３が、各々のＬＣＵにおける四分木構造で階層が最も深い部分の分割階層数を示す最大ＣＵ分割階層数を可変長符号化するとともに、最も深い階層に属するＣＵ以外のＣＵがブロック分割部２によって四分木分割されているか否かを示す分割フラグを可変長符号化するように構成したので、少ないビット数のシグナリングでＣＵの分割状態を動画像復号装置側に伝えることができる効果を奏する。
【００６７】
次に、図５の画像復号装置の処理内容を説明する。
可変長復号部５１は、図１の画像符号化装置から出力されたビットストリームを入力すると、そのビットストリームに対する可変長復号処理を実施して（図５のステップＳＴ３１）、１フレーム以上のピクチャから構成されるシーケンス単位あるいはピクチャ単位にフレームサイズ（水平画素数、垂直ライン数）を復号する。
可変長復号部５１は、図１の符号化制御部１と同様の手順で、ＬＣＵサイズ及び最大ＣＵ分割階層数を決定する（ステップＳＴ３２）。
例えば、画像符号化装置において、ＬＣＵサイズが、入力画像の解像度に応じて決定されている場合、先に復号しているフレームサイズに基づいてＬＣＵサイズを決定する。
なお、ＬＣＵサイズ及び最大ＣＵ分割階層数がビットストリームに多重化されている場合には、そのビットストリームから復号した情報を参照する。
また、可変長復号部５１は、符号化データからＣＵの分割フラグを可変長復号して、その最大ＣＵ分割階層数とＣＵの分割フラグからＬＣＵの四分木構造を示すＣＵ分割状態を復号する。
【００６８】
以下、ＣＵ分割状態のエントロピー復号処理について詳述する。
まず、可変長復号部５１は、図１０のテーブルを参照して、最大ＣＵ分割階層数を復号する（図６のステップＳＴ５１）。
例えば、ＣＵの分割階層数の上限が４である場合において、符号化データがフレーム間符号化による“１１０”の２値化値であれば、最大ＣＵ分割階層数が“３”であるとして復号される。
可変長復号部５１は、第０階層のＣＵ復号処理に移行する（ステップＳＴ５２）。
可変長復号部５１は、処理対象の階層ｎが０であると同時に最大ＣＵ分割階層数が２以上である場合（ステップＳＴ５０１）、処理対象の階層ｎに属するＣＵが四分木分割されているか否かを示す分割フラグを復号せずに、当該ＣＵを四分木分割した第ｎ＋１階層に属するＣＵのＣＵ復号処理をＺスキャン順に実行する（ステップＳＴ５０５）。
【００６９】
可変長復号部５１は、処理対象の階層ｎが最大ＣＵ分割階層数に対応する最も深い階層でなければ（ステップＳＴ５０２）、処理対象の階層ｎに属する各々のＣＵの分割フラグを復号する（ステップＳＴ５０３）。
なお、ＣＵの分割フラグは、符号化と同じ順序で復号される。例えば、ＬＣＵから始まるＺスキャン順で復号される。
ＣＵの分割フラグが分割する旨を示している場合（ステップＳＴ５０４）、当該ＣＵを四分木分割した第ｎ＋１階層に属するＣＵのＣＵ復号処理をＺスキャン順に実行する（ステップＳＴ５０５）。当該ＣＵが四分木分割されていない場合には当該ＣＵ復号処理を終了する。この際、当該ＣＵに属する符号化データを復号するよう構成してもよいし、全てのＣＵ分割状態を復号した後に各ＣＵの符号化データを復号するように構成してもよい。
ただし、最大ＣＵ分割階層数に対応する最も深い階層に属するＣＵは、それ以上の四分木分割がなされないため、ＣＵの分割フラグは復号しないで当該ＣＵ復号処理を終了する。
【００７０】
最大ＣＵ分割階層数が“１”でない場合、上述したように、ＬＣＵは、少なくとも１度は四分木分割がなされることが自明であるため、ＬＣＵに対する分割フラグは復号しない。
また、Ｚスキャン順にＣＵの分割フラグを復号する際に、Ｚスキャン順で復号されていない最後のＣＵを復号する前までに、最大ＣＵ分割階層数の階層となるＣＵが発生していない場合、Ｚスキャン順で復号されていない最後のＣＵが最大ＣＵ分割階層数に対応する階層まで分割されることが自明であるため、この場合にも、ＣＵの分割フラグを復号しない。
これにより、ＣＵ分割状態をエントロピー復号することができるが、動画像符号化装置において、符号化対象のＬＣＵの最大ＣＵ分割階層数を可変長符号化せずに、ブロック分割部２から出力された全てのＣＵの分割フラグを可変長符号化することで、ＣＵ分割状態を符号化している場合には、全てのＣＵの分割フラグを可変長復号し、その分割フラグからＣＵ分割状態をエントロピー復号する。
【００７１】
可変長復号部５１は、上記のようにしてＣＵ分割状態を復号すると、そのＣＵ分割状態から、階層的に分割されている各々のＣＵであるＢjnを特定する（ステップＳＴ３３）。
また、可変長復号部５１は、符号化データから各々のＣＵであるＢjnに対応する符号化モードｍ（Ｂjn）を復号し、その符号化モードｍ（Ｂjn）に含まれる情報に基づき、ＣＵを更に１つないし複数のＰＵに分割し、各ＰＵに割り当てられている予測パラメータ（符号化モード、圧縮データ、予測差分符号化パラメータ、イントラ予測パラメータ／インター予測パラメータなど）を復号する（ステップＳＴ３４）。
なお、ＣＵに割り当てられている符号化モードがイントラ符号化モードである場合、ＣＵに属している１つ以上のＰＵ毎に、イントラ予測パラメータを復号する。また、ＣＵに割り当てられている符号化モードがインター符号化モードである場合、ＣＵに属している１つ以上のＰＵ毎に、インター予測パラメータを復号する。
イントラ予測パラメータの復号は、画像符号化装置と同じ手順で、周辺の復号済みＰＵのイントラ予測パラメータに基づいて、復号対象であるＰＵのイントラ予測パラメータの予測値を算出し、その予測値を用いて復号する。
【００７２】
切替スイッチ５２は、可変長復号部５１からＣＵであるＢjnに属しているパーティションＰjinの符号化モードｍ（Ｂjn）がイントラ符号化モードである場合（ステップＳＴ３５）、可変長復号部５１から出力されたイントラ予測パラメータをイントラ予測部５３に出力する。
一方、パーティションＰjinの符号化モードｍ（Ｂjn）がインター符号化モードである場合（ステップＳＴ３５）、可変長復号部５１から出力されたインター予測パラメータを動き補償予測部５４に出力する。
【００７３】
イントラ予測部５３は、切替スイッチ５２からイントラ予測パラメータを受けると、そのイントラ予測パラメータを用いて、ＣＵであるＢjnのパーティションＰjinに対するイントラ予測処理を実施して、イントラ予測画像Ｐjinを生成する（ステップＳＴ３６）。
動き補償予測部５４は、切替スイッチ５２からインター予測パラメータを受けると、そのインター予測パラメータを用いて、ＣＵであるＢjnのパーティションＰjinに対する動き補償予測処理を実施して、インター予測画像Ｐjinを生成する（ステップＳＴ３７）。
【００７４】
逆量子化・逆変換部５５は、可変長復号部５１から変換処理単位であるＴＵ毎に圧縮データが出力され、可変長復号部５１から出力された予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータを用いて、ＴＵ単位の圧縮データを逆量子化する。
また、逆量子化・逆変換部５５は、その予測差分符号化パラメータに含まれている変換ブロックサイズ単位で、逆量子化の圧縮データの逆変換処理（例えば、逆ＤＣＴ（逆離散コサイン変換）や、逆ＫＬ変換等の逆変換処理）を実施することで、逆変換処理後の圧縮データを復号予測差分信号（圧縮前の差分画像を示す信号）として加算部５６に出力する（ステップＳＴ３８）。
【００７５】
予測差分符号化パラメータに含まれている量子化パラメータは、ビットストリームから抽出した符号化データからＣＵの単位で復元し、ＴＵサイズ情報は、ＣＵを起点として、ＬＣＵの分割と同様に、四分木分割で表現された分割情報の形式や、選択可能なＴＵサイズをインデックス情報として表現された形式などで、ビットストリームから抽出して復元する。
逆量子化・逆変換部５５は、このＴＵサイズの情報に基づいて、変換・量子化処理のブロックサイズを特定して処理を行う。なお、ＴＵサイズの情報は、ＣＵではなく、ＣＵを分割するＰＵを単位として決定するように構成されていてもよい。
【００７６】
加算部５６は、逆量子化・逆変換部５５から復号予測差分信号を受けると、その復号予測差分信号とイントラ予測部５３又は動き補償予測部５４により生成された予測画像を示す予測信号を加算することで復号画像（ＣＵ内に含まれている１つないし複数の復号ＰＵ画像の集まり）を生成して、その復号画像を示す復号画像信号をイントラ予測用メモリ５７に格納するとともに、その復号画像信号をループフィルタ部５８に出力する（ステップＳＴ３９）。復号画像が以降のイントラ予測用の画像信号となる。
【００７７】
ステップＳＴ３３〜ＳＴ３９の処理は、階層的に分割された全てのＣＵに対する処理が完了するまで繰り返し実施される（ステップＳＴ４０）。
ループフィルタ部５８は、加算部５６から復号画像信号を受けると、画像符号化装置のループフィルタ部１１と同じフィルタリング処理を実施することで、その復号画像信号に含まれている符号化歪みを補償し、符号化歪み補償後の復号画像信号が示す復号画像を参照画像として動き補償予測フレームメモリ５９に格納する（ステップＳＴ４１）。
ループフィルタ部５８によるフィルタリング処理は、加算部５６から出力される復号画像信号のＬＣＵあるいは個々のＣＵ単位で行ってもよいし、１画面分のＬＣＵに相当する復号画像信号が出力された後に１画面分まとめて行ってもよい。
【００７８】
以上の構成により、図４の動画像復号装置では、効率的に符号化されたビットストリームを復号し、映像信号を再生することが可能になる。
この実施の形態１では、効率がよいＣＵ分割状態の符号化方法と、それを好適に復号する方法について説明したが、ＴＵ分割状態についても同様の方法で、効率がよい符号化と好適な復号を行うことができる。
【００７９】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００８０】
１  符号化制御部、２  ブロック分割部（ブロック分割手段）、３  切替スイッチ（予測画像生成手段）、４  イントラ予測部（予測画像生成手段）、５  動き補償予測部（予測画像生成手段）、６  減算部（画像圧縮手段）、７  変換・量子化部（画像圧縮手段）、８  逆量子化・逆変換部、９  加算部、１０  イントラ予測用メモリ、１１  ループフィルタ部、１２  動き補償予測フレームメモリ、１３  可変長符号化部（可変長符号化手段）、５１  可変長復号部（可変長復号手段）、５２  切替スイッチ（予測画像生成手段）、５３  イントラ予測部（予測画像生成手段）、５４  動き補償予測部（予測画像生成手段）、５５  逆量子化・逆変換部（復号画像生成手段）、５６  加算部（復号画像生成手段）、５７  イントラ予測用メモリ、５８  ループフィルタ部、５９  動き補償予測フレームメモリ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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