[发明专利]数字信号编码装置、数字信号解码装置、数字信号算术编码方法及数字信号算术解码方法

说明书

本申请是2003年4月10日提交的名称为“数字信号编码装置、 数字信号解码装置、数字信号算术编码方法及数字信号算术解码方 法”的中国专利申请03800516.6(PCT/JP03/04578)的分案申请。

技术领域：

本发明是有关于被使用在视频图像压缩编码技术和压缩视频图 像数据传输技术等的数字信号编码装置、数字信号解码装置、数字信 号算术编码方法及数字信号算术解码方法。

背景技术：

在已知的MPEG和ITU-T H.26x等的国际标准视频图像编码方式 中，是采用霍夫曼编码做为熵编码。虽然霍夫曼编码是在需要各个信 息源符号作为独立的字码来表现的场合时，可提供最适的编码性能， 但在一方面如视频图像信号那样的信号的形状局部性地在变动，则会 在所谓对信息源符号的发生概率为变动的场合时无法保证最适性的 问题。

在该场合时，可以采用如下方案：动态地来适应各个信息源符号 的发生概率，并集合多个符号而以1个字码来表现的方法做为算术编 码。

以引用Mark Nelson，“Arithmetic Coding+Statistical Modeling＝Data Compress part l-Arithmetic Coding”，Dr.Dobb’s Journal，February 1991而简单地来加以说明算术编码的想法。在 此是考虑将字母字符做为信息源符号的信息源，而思考将所谓“BILL GATES”的信息进行算术编码。

此时，各个字符的发生概率是如图1那样地被定义。而且，如同 图的值域所示那样地，仅决定一个被定义在[0、1]的区间的概率数直 线上的区域。

其次，进入编码处理。首先虽执行字符“B”的编码，但此相当 于选定概率数直线上的范围[0.2、0.3]。因此，在字符“B”是成为 对应一组值域[0.2、0.3]的上限(High)与下限(Low)的值。

其次，在“I”编码之际，是改变在“B”编码所选定的值域[0.2、 0.3]而当做[0、1]区间，并选定其中的[0.5、0.6]的区间。总之，算 术编码的处理过程是相当于执行概率数直线的值域的挤入。

而只要对各字符来反复该处理，则如图2所示那样地，“BILL GATES”的算术编码结果是以在字符“S”编码完毕的时刻的Low值 <0.2572167752>来表现。

解码处理是也可考虑与此相反的处理。

首先调查编码结果<0.2572167752>为相当于概率数直线上的那 一个字符所分配的值域而得到“B”。

之后，通过于减去“B”的Low值之后在值域来实施除法运算， 而得到<0.572167752>。该结果为，可解码出对应于[0.5、0.6]的区 间的字符“I”。以下，反复该处理而可解码出“BILL GATES”。

通过以上的处理，若执行算术编码，即使为非常长的讯息的编码 也可在最后被映射至1个字码。然而从实际的实装上是无法处理无限 的小数点精度，及于编码·解码程序以需要乘除法运算而使得运算负 荷变高等的问题来看，例如，执行作为字码表现而利用整数型寄存器 的浮动小数点运算，以将上述Low值以2的乘方来近似并将乘除法运 算进行置换成移位运算等来下工夫。若依据算术编码，则理想上是通 过上述的程序而可以很适合于信息源符号的发生概率的熵编码。特别 是，在发生概率为动态地变动的场合时，以追踪发生概率的变动的情 况而将图1的表进行适宜更新，而可得到比霍夫曼编码更高的编码效 率。

因为已知的数字信号算术编码方法及数字信号算术解码方法是 如以上那样地被构成，所以于传输被熵编码的视频图像信号之际，通 常是，为了将随着传输错误而来的视频图像错乱抑制至最小限，并将 视频图像的各帧分割成部分区域，而以可再同步的单位(例如为 MPEG-2片段构造)来传输的居多。