(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々の２値画素が物体の外部または内部を各々表す２つの相異なる２値のうちの何れか１つを有し、各々がＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは各々正の整数）の２値画素を有する複数の２値ブロックよりなる、２値形状信号を符号化する２値形状信号符号化装置であって、
コンテキストが前記各２値画素の以前に処理された２値画素から決定され、対応するコンテキストに基づいて、前記２値ブロックにおける各２値画素に対するコンテキスト番号を計算し、前記コンテキスト番号に対応する確率を決定するコンテキスト番号計算手段と、前記確率と予め定められた閾値とを比較して、前記確率に基づいて前記各２値画素の状態を良好な状態や不良な状態に定め、前記確率に基づいて前記各２値画素に対する予測画素値を定める状態決定手段と、
前記予測画素値とその元の画素値とを比較して、前記予測画素値が前記元の画素値と同一であるか否かを表す、前記各２値画素に対するマッピング値を計算する比較手段と、
前記２値ブロックの前記全ての各２値画素の状態に基づいて、前記マッピング値を再整列し、各２値画素の状態により分類される第１及び第２シーケンスを生成する再整列手段と、
前記第１及び第２シーケンスに各々対応する確率組を決定し、その決定される確率組を表現する選択信号を符号化して符号化選択信号を出力し、前記確率組に基づいて前記第１及び第２シーケンスを算術符号化して、符号化２値形状データを生成する符号化手段と、
前記符号化選択信号と前記符号化２値形状データを多重化し、前記符号化２値形状信号を出力する多重化手段とを含むことを特徴とする２値形状信号符号化装置。
【請求項２】
前記状態決定手段が、前記確率と第１の予め定められた閾値とを比較して、前記確率が前記第１の予め定められた閾値以上である場合は、前記各２値画素を良好な状態として定め、そうでない場合には、前記各２値画素を不良な状態として定める第１状態指定手段と、前記確率と第２の予め定められた閾値とを比較して、前記各２値画素に対する予測画素値を決定する第１予測画素値決定手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の２値形状信号符号化装置。
【請求項３】
前記状態決定手段が、前記確率と前記第１及び第２の予め定められた閾値とを比較して、前記確率が前記第１の予め定められた閾値以上であるか、または前記第２の予め定められた閾値未満である場合は、前記各２値画素を前記良好な状態として決定し、そうでない場合には、前記各２値画素を前記不良な状態として定める第２状態指定手段と、前記確率と第３の予め定められた閾値とを比較して、前記各２値画素に対する前記予測画素値を決定する第２予測画素値決定手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載の２値形状信号符号化装置。
【請求項４】
前記状態決定手段が、前記予測画素値が前記元の画素値と同一である場合は、前記マッピング値が２値「０」であり、そうでない場合には、前記マッピング値が２値「１」であることを特徴とする請求項２または３に記載の２値形状信号符号化装置。
【請求項５】
前記符号化手段が、
前記第１及び第２シーケンスにおいてマッピング値「０」の数をカウントして、カウント数を生成し、前記カウント数を用いて、前記第１及び第２シーケンスに各々対応する確率組を決定することを特徴とする請求項４に記載の２値形状信号符号化装置。
【請求項６】
前記マッピングの数の増加に従って、より大きい確率が前記マッピング値「０」を有する２値画素に割当てられ、より小さい確率が前記マッピング値「１」を有する２値画素に割当てられることを特徴とする請求項５に記載の２値形状信号符号化装置。
【請求項７】
符号化２値形状信号を復号化して、復号化２値形状信号を生成する２値形状信号復号化装置であって、
多重化された前記符号化２値形状信号を符号化選択信号と符号化２値形状データとに分けるディマルチプレクシング手段と、
前記符号化選択信号を復号化して復号化選択信号を生成し、この復号化選択信号に基づいて確率組を決定し、これに基づいて各々が２値画素の再構成マッピング値を有する第１及び第２シーケンスよりなる、復号化２値形状データを発生する復号化手段と、
コンテキストが前記各２値画素の以前に再構成された２値画素から決定され、対応するコンテキストに基づいて、前記２値ブロックにおける各２値画素に対するコンテキスト番号を計算し、前記コンテキスト番号に対応する確率を決定するコンテキスト番号計算手段と、
前記確率と予め定められた閾値とを比較して、前記各２値画素の状態及び予測画素値を定める状態決定手段と、
前記各２値画素の状態に応じて、前記第１シーケンスまたは前記第２シーケンスから前記各２値画素に対する前記再構成マッピング値のうちの何れか１つを取得するマッピング手段と、
前記取得した再構成マッピング値と前記予測画素値とを比較して、前記各２値画素に対する２値画素値を再構成し、前記復号化２値形状データに対応する前記再構成２値画素値を前記復号化２値形状信号として順に出力する再構成手段とを含むことを特徴とする２値形状信号復号化装置。
【請求項８】
前記復号化手段が、前記符号化２値形状信号を発生するエンコーダで用いたのと同一の確率組を用いて、前記符号化２値形状信号を復号化することを特徴とする請求項７に記載の２値形状信号復号化装置。
【請求項９】
前記マッピング手段が、前記各２値画素の状態が前記第１シーケンスに対応する場合は前記第１シーケンスから前記再構成マッピング値を取得し、そうでない場合には、前記第２シーケンスから前記再構成マッピング値を取得することを特徴とする請求項８に記載の２値形状信号復号化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２値形状信号の符号化／復号化装置に関し、特に、その２値形状信号の符号化効率を向上させるコンテキストベース算術符号化／復号化（context-based arithmetic coding/decoding）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２値形状信号は物体の位置及び形状を表し、１つのフレーム（または、ビデオ物体平面）の内で例えば、１６×１６個の２値画素よりなる２値アルファブロック（binary alpha block: ＢＡＢ）として表現され得る。各２値画素は、例えば、背景画素を表す「０」または物体画素を表す「１」を有する。そのＢＡＢは、通常のコンテキストベース算術符号化（ＣＡＥ）方法のようなビットマップベース形状符号化（bit-map-based shape coding）法によって符号化され得る。
【０００３】
例えば、イントラフレームに対して、現ＢＡＢは従来のイントラＣＡＥ方法によって符号化される。ここで、現ＢＡＢ内の各画素は、現フレームから取出された画素の組よりなるイントラコンテキスト（intra-context）に基づいて算術符号化される。即ち、現ＢＡＢの符号化の際、隣接するＢＡＢからの複数の画素は、該当イントラコンテキストを形成するのに用いられる。図３に示すように、現ＢＡＢの周りにおいて２つの画素分の幅を有する境界領域が形成され、現境界ＢＡＢが生成される。同図において、現境界ＢＡＢの明るい領域内の画素は以後符号化されるべき現ＢＡＢ領域を表し、暗い領域内の画素は境界画素を表す。現境界ＢＡＢ内において、これらの各画素は、復号化の時にその値が分からない「０」で表示された領域を除いては、以前に符号化され、再構成されたＢＡＢから求められる。イントラコンテキストは、図１に示すように現境界ＢＡＢに基づいて選択される。従って、図１中で、斜線で示す画素、即ち現ＢＡＢ内の画素はイントラコンテキスト１０、例えば、Ｃ０〜Ｃ９によって符号化される。
【０００４】
インターフレームにおいて、現ＢＡＢは、イントラＣＡＥまたはインターＣＡＥ技法のうち、より少量の符号化データを生成する技法によって符号化され得る。インターＣＡＥ技法によれば、最初、現ＢＡＢと、この現フレームに対応する前フレーム内に含められる各々の所定の候補ＢＡＢとの間の差分を表す誤差が計算され、最も類似な候補ＢＡＢ及び動きベクトルが動き推定法によって求められる。ここで、最も類似な候補ＢＡＢは、複数の候補ＢＡＢのうちで最小の誤差をもたらす候補ＢＡＢを表し、また動きベクトルは、現ＢＡＢと最も類似な候補ＢＡＢとの間の変位を表す。従って、現ＢＡＢ内の各画素はインターコンテキストに基づいて算術的に符号化され、動きベクトルとその動きベクトルの推定値（ＭＶＤＰ）との間の差分を表す動きベクトル差分（ＭＶＤ）は、例えば、可変長符号化（ＶＬＣ）法によって符号化される。図２の（Ａ）及び（Ｂ）を参照すると、インターコンテキストは２つのサブセットの画素から構成されるが、図２（Ａ）中の第１サブセットの画素２０Ａ（例えば、Ｃ０〜Ｃ３）はイントラＣＡＥで用いられるものと類似な方法を用いて現フレーム内の画素から決まり、図２（Ｂ）中の第２サブセットの画素２０Ｂ（例えば、Ｃ４〜Ｃ８）は動きベクトルに基づいて前フレームから決まる。即ち、動き補償ＢＡＢの周囲の１つの画素分の幅を有する境界領域は、動きベクトルを用いて前フレームから検出され、図４に示したような境界動き補償ＢＡＢが生成される。図４において、明るい領域は動き補償ＢＡＢに、暗い領域は境界領域に各々対応する。一旦、境界動き補償ＢＡＢが定まると、２値画素Ｃ４〜Ｃ８を有する第２サブセットの画素２０Ｂが境界動き補償ＢＡＢから選択される。ここで、第２サブセットの画素２０Ｂ内の画素Ｃ６の位置は、第１サブセットの画素２０Ａ内で斜線で示す画素の位置と同一である。
【０００５】
従って、イントラコンテキストまたはインターコンテキストは前述したようにして選択され、現ＢＡＢ内の斜線で示す画素のコンテキスト番号は対応するコンテキストに基づいて計算される。斜線で示す画素のコンテキスト番号が計算されると、該当コンテキスト番号に対応する確率が、多様なコンテキスト番号に割当てられる予め定められた確率を有する確率表から求められ、求められた確率は算術符号化されることによって、符号化２値形状信号を生成する。ＣＡＥ技法及びＭＶＤに対する詳細は、“MPEG-4 Video Verification Model Version 7.0., International Organization for Standardization, Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information, ISO/IEC JTC１/SC29/WG11 MPEG97/N1642, Bristol, April 1997”を参照されたい。
【０００６】
前述した従来のＣＡＥ技法を用いて、伝送すべきビットの数を低減するとしても、２値形状信号を符号化して伝送すろのには依然に多量のビットを必要とする。従って、２値形状信号の符号化の際に必要なビット数をより一層減らす必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、適応的算術符号化技法を用いて２値形状信号を適応的に符号化して、伝送すべきデータの量をより一層減らし、且つ符号化の効率を向上させ得る２値形状信号符号化／復号化装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、各々の２値画素が物体の外部または内部を各々表す２つの相異なる２値のうちの何れか１つを有し、各々がＭ×Ｎ個（Ｍ及びＮは各々正の整数）の２値画素を有する複数の２値ブロックよりなる、２値形状信号を符号化する２値形状信号符号化装置であって、コンテキストが前記各２値画素の以前に処理された２値画素から決定され、対応するコンテキストに基づいて、前記２値ブロックにおける各２値画素に対するコンテキスト番号を計算し、前記コンテキスト番号に対応する確率を決定するコンテキスト番号計算手段と、前記確率と予め定められた閾値とを比較して、前記各２値画素の状態と予測画素値とを定める状態決定手段と、前記予測画素値とその元の画素値とを比較して、前記予測画素値が前記元の画素値と同一であるか否かを表す、前記各２値画素に対するマッピング値を計算する比較手段と、第１及び第２シーケンスの各々が前記２値ブロックにおける前記２値画素をその状態によって分類することによって構成され、前記２値ブロックを前記第１及び第２シーケンスに再整列して再整列２値ブロックを生成する再整列手段と、前記第１及び第２シーケンスを算術符号化して、符号化２値形状信号を生成する符号化手段とを含むことを特徴とする２値形状信号符号化装置が提供される。
【０００９】
本発明の他の実施例によれば、符号化２値形状信号を復号化して、復号化２値形状信号を生成する２値形状信号復号化装置であって、前記符号化２値形状信号を算術復号化して、各々が２値画素の再構成マッピング値を有する第１及び第２シーケンスよりなる、復号化２値形状データを発生する復号化手段と、コンテキストが前記各２値画素の以前に再構成された２値画素から決定され、対応するコンテキストに基づいて、前記２値ブロックにおける各２値画素に対するコンテキスト番号を計算し、前記コンテキスト番号に対応する確率を決定するコンテキスト番号計算手段と、前記確率と予め定められた閾値とを比較して、前記各２値画素の状態及び予測画素値を定める状態決定手段と、前記各２値画素の状態に応じて、前記第１シーケンスまたは前記第２シーケンスから前記各２値画素に対する前記再構成マッピング値のうちの何れか１つを取るマッピング手段と、前記取った再構成マッピング値と前記予測画素値とを比較して、前記各２値画素に対する２値画素値を再構成し、前記復号化２値形状データに対応する前記再構成２値画素値を前記復号化２値形状信号として順に出力する再構成手段とを含むことを特徴とする２値形状信号復号化装置が提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施例について図面を参照しながらより詳しく説明する。
【００１１】
図５には、本発明の好適実施例によるコンテキストベース算術符号化装置のブロック図が示されている。
【００１２】
２値形状信号は、各々がＭ×Ｎ個、例えば、１６×１６個の２値画素を有する複数の２値ブロックを備え、各２値画素は例えば、物体画素を表す「１」及び背景画素を表す「０」のうちの何れか１つを有する。Ｍ及びＮは各々正の整数である。同図において、２値形状信号の各ブロックは格納部１１０に入力され、その内で現２値ブロックとして格納される。その後、現２値ブロックにおける各２値画素は、現画素として比較部１４０に供給される。
【００１３】
一方、コンテキスト番号計算部１２０は、対応するコンテキスト、即ち、イントラコンテキストまたはインターコンテキストのうちの何れか１つに基づいて、従来のＣＡＥ技法で用いたものと同一の方法を通じて現２値ブロックにおける各２値画素に対応するコンテキスト番号を計算する。また、コンテキスト番号計算部１２０は、従来のような確率表に基づいてコンテキスト番号に対応する確率を計算する。上記において、計算されたコンテキスト番号及びその確率は、各々、現画素に対応する現コンテキスト番号及び現確率として状態決定部１３０に供給される。
【００１４】
この状態決定部１３０は、コンテキスト番号計算部１２０から受け取った現確率と予め決められた閾値とを比較して、現コンテキスト番号を有する現画素が良好な状態にあるか、または不良な状態にあるかを決定する。比較の結果、現確率が予め決められた閾値以上であると、現画素は良好な状態として決定され、そうでないと、不良な状態として定められる。また、状態決定部１３０は現画素の状態を表す状態指示信号を比較部１４０に伝達する。また状態決定部１３０は、現画素に対応する予測画素値を比較部１４０に供給する。その予測画素値は、現確率と予測閾値、例えば、最大確率の半分に該当する値とを比較することによって決定される。例えば、確率表が２値「０」を基準として決定される場合には、現確率が予測閾値以上であると２値「０」が予測画素値として定められ、そうでないと２値「１」が予測画素値として決定される。
【００１５】
本発明の他の実施例では、２値画素の状態を決定すべく、予め決められた閾値は２つのレベル、例えば、ハイレベル及びローレベルを有することとする。即ち、現確率がハイレベル以上であるか、またはローレベル未満である場合には、その現画素は良好な状態として決定され、そうでない場合には、即ち、現確率がハイレベル未満であり、ローレベル以上である場合には、その現画素は不良な状態として決定される。
【００１６】
続いて、比較部１４０は、状態決定部１３０から受け取った予測画素値と格納部１１０から受け取った現画素値との間の比較を行う。比較の結果、予測画素値と現画素値とが互いに同一であると、比較部１４０は現画素にマッピング値「０」を割当て、そうでない場合にはマッピング値「１」を現画素に割当てる。そして、比較部１４０は、マッピング値及び状態指示信号を有する現画素情報を再整列部１５０に伝達する。
【００１７】
上記のプロセスは、現２値ブロックにおける全ての２値画素に対して繰り返し行われ、その後、各２値画素に対する現画素情報は再整列部１５０に順に供給される。
【００１８】
この再整列部１５０は、現２値ブロックにおける全ての２値画素に対する現画素情報を格納すると共に、それらの対応する状態指示信号に応じて、現画素情報に含まれている各マッピング値を再整列して第１及び第２シーケンスを生成する。ここで、第１シーケンスは良好な状態として決定された２値画素に対応するマッピング値を有し、第２シーケンスは不良な状態として決定された２値画素に対応するマッピング値を有する。また、再整列部１５０は第１及び第２シーケンスに含まれているマッピング値「０」の数をカウントすると共に、その結果であるカウント値を確率組決定部１６０に供給する。
【００１９】
この確率組決定部１６０は再整列部１５０から受け取ったカウント値を用いて、第１及び第２シーケンスに各々対応する最適確率組を決定し、何れの確率組が選択されたかを表す選択信号を生成する。その後、この選択信号は符号化されて、ラインＬ１０を通じてマルチプレクサＭＵＸ１８０に供給され、その最適確率組はラインＬ２０を通じて適応的算術符号化部１７０に伝達される。
【００２０】
本発明によれば、カウント数の増加に従って、マッピング値「０」に割当てられる確率は段々大きくなり、反面、マッピング「１」に割当てられる確率は段々小さくなる。
【００２１】
適応的算術符号化部１７０は、ラインＬ２０を通じて確率組決定部１６０から受け取った最適確率組に基づいて、公知の算術符号化技法を用いて第１及び第２シーケンスを符号化して、符号化２値データをＭＵＸ１８０に供給する。
【００２２】
ＭＵＸ１８０においては、適応的算術符号化部１７０からの符号化２値データと確率組決定部１６０からの符号化選択信号との間の多重化が行われて、伝送路（図示せず）を通じて伝送されるべき符号化２値形状信号が生成される。
【００２３】
図６には、本発明の好適実施例によるコンテキストベース算術復号化装置のブロック図が示されている。
【００２４】
伝送チャネルを通じて取り込んだ符号化２値形状信号はデマルチプレクサＤＥＭＵＸ２００に入力される。
【００２５】
このＤＥＭＵＸ２００は、符号化２値形状信号を符号化選択信号と符号化２値データとに分け、符号化選択信号はラインＬ４０を通じて確率組決定部２１０に供給し、符号化２値データはラインＬ３０を通じて適応的算術復号化部２２０に供給する。
【００２６】
確率組決定部２１０は、符号化選択信号を復号化して復号化選択信号を生成し、この復号化選択信号に基づいて確率組を決定する。
【００２７】
適応的算術復号化部２２０は、確率組決定部２１０からの決定された確率組に基づいて、図５中の適応的算術符号化部１７０で用いたコンテキストベース算術符号化技法に対応する公知のコンテキストベース算術復号化技法を用いて、受け取った符号化２値データを復号化すると共に、第１及び第２シーケンスを有する復号化２値データを格納部２３０に供給する。ここで、第１シーケンスは良好な状態として決定された２値画素の復号化マッピング値を有し、第２シーケンスは不良な状態として決定された２値画素の復号化マッピング値を有する。第１及び第２シーケンスよりなる復号化２値データは格納部２３０に格納される。
【００２８】
一方、コンテキスト番号計算部２４０は、処理２値画素の以前に再構成された２値画素から選択されるコンテキストを用いて、現２値ブロック内に含まれている各２値画素に対応する処理２値画素のコンテキスト番号を計算する。その後、コンテキスト番号計算部２４０は、計算したコンテキスト番号を状態決定部２５０に伝達する。
【００２９】
この状態決定部２５０は、最初、コンテキスト番号計算部２４０から受け取ったコンテキスト番号に対応する確率を求め、この確率と図５のコンテキストベース算術符号化装置で用いた予め決められた閾値とを比較して、処理２値画素の状態を決定する。従って、確率が予め決められた閾値以上である場合は、処理２値画素は良好な状態として決定され、そうでない場合には、処理２値画素は不良な状態として決定される。また、この状態決定部２５０は処理２値画素に対して決定された状態を表す状態指示信号を生成する。さらに、図５のコンテキストベース算術符号化装置で説明したように、処理２値画素の予測画素値が確率に基づいて決定される。これらの予測画素値及び状態指示信号は、再整列部２６０に入力される。
【００３０】
この再整列部２６０は、状態決定部２５０から出力される状態指示信号に応じて、格納部２３０に格納された第１シーケンスまたは第２シーケンスからマッピング値を取得する。言換えれば、状態指示信号が良好な状態を表すと、再整列部２６０は格納部２３０に格納された第１シーケンスからマッピング値を取得し、状態指示信号が不良な状態を表すと、マッピング値は格納部２３０に格納された第２シーケンス内のマッピング値中から検出される。次いで、再整列部２６０は、上記で取得したマッピング値と状態決定部２５０からの予測画素値とを比較して、処理２値画素の２値画素値を再構成する。マッピング値が２値「０」であれば、予測画素値が再構成画素値として定められる。そうでない場合は、即ち、マッピング値が２値「１」であれば、予測画素値を反転した２値が再構成画素値として決定される。各々の再構成画素値は、復号化２値形状信号として出力される。
【００３１】
上記の復号化プロセスは、現２値ブロック内の全ての画素値が再構成されるまで繰り返して行われる。
【００３２】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００３３】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、適応的算術符号化技法を用いて２値形状信号を適応的に符号化して、伝送すべきデータの量をより一層減らすことができ、且つ符号化の効率をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】符号化されるべき２値画素と対応するイントラコンテキストの構成を示す図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）よりなり、各々符号化されるべき２値画素と対応するインターコンテキストの構成を示す図である。
【図３】現境界２値アルファブロックＢＡＢを示す図である。
【図４】境界動き補償ＢＡＢを示す図である。
【図５】本発明によるコンテキストベース算術符号化装置のブロック図である。
【図６】本発明によるコンテキストベース算術復号化装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０  イントラコンテキスト
２０Ａ、２０Ｂ  インターコンテキストを構成する画素の組
１１０、２３０  格納部
１２０、２４０  コンテキスト番号計算部
１３０、２５０  状態決定部
１４０  比較部
１５０、２６０  再整列部
１６０、２１０  確率組決定部
１７０  適応的算術符号化部
１８０  ＭＵＸ
２００  ＤＥＭＵＸ
２２０  適応的算術復号化部
【図１】
0003971008.tif 000002
【図２】
0003971008.tif 000003
【図３】
0003971008.tif 000004
【図４】
0003971008.tif 000005
【図５】
0003971008.tif 000006
【図６】
0003971008.tif 000007