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JP6737699B2 - Linear prediction coefficient output method, linear prediction coefficient output device, and linear prediction coefficient output program - Google Patents
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Linear prediction coefficient output method, linear prediction coefficient output device, and linear prediction coefficient output program Download PDF

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Description

本発明は、線形予測係数出力方法、線形予測係数出力装置及び線形予測係数出力プログラムに関する。 The present invention relates to a linear prediction coefficient output method, a linear prediction coefficient output device, and a linear prediction coefficient output program.

高能率な映像符号化を実現するには、イントラ予測の予測誤差の低減が重要な課題となる。以下では、映像とは、動画像、すなわち、一連の画像の集合である。画像とは、動画像を構成する1フレーム又は静止画像である。動画圧縮方式の規格の一つであるH.263では、同一フレーム内における隣接画素値間の相関除去を目的として、周辺画素値を用いた画素値予測処理が導入された。H.263では、DC(Direct Current)成分に対する予測のみが行われる。動画圧縮方式の規格の一つであるH.264/AVCでは、Plane予測や9通りの方向性予測が追加された。 In order to realize highly efficient video coding, reducing the prediction error of intra prediction is an important issue. In the following, a video is a moving image, that is, a set of a series of images. The image is one frame or a still image forming a moving image. H.264, which is one of the video compression standard. In H.263, a pixel value prediction process using peripheral pixel values is introduced for the purpose of removing the correlation between adjacent pixel values in the same frame. H. At 263, only the prediction for the DC (Direct Current) component is performed. H.264, which is one of the video compression standard. In H.264/AVC, Plane prediction and nine directional predictions are added.

動画圧縮方式の規格の一つであるH.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)では、Plane予測を改善したPlanar予測が導入されると共に、方向性予測の方向数が33通りに増加された。しかし、H.265/HEVCでは、予測誤差を低減する余地が残されている。 H.264, which is one of the video compression standard. In 265/HEVC (High Efficiency Video Coding), Planar prediction that improves Plane prediction is introduced, and the number of directions of directional prediction is increased to 33 ways. However, H. With the H.265/HEVC, there is room for reducing the prediction error.

HEVCのイントラ予測は、画素値変化の方向が直線的であると仮定している。また、H.265/HEVCでは、予測器の数や種類は、映像によらずに固定されている。従って、画素値変化の方向が直線的でない場合、予測誤差は増大する。また、特定の予測器が使用されない場合、予測情報の表現に要する符号量が増大する。従って、予測誤差を低減するには、映像ごとに適切な予測器を構築する必要がある。 The HEVC intra prediction assumes that the direction of the pixel value change is linear. In addition, H. In H.265/HEVC, the number and types of predictors are fixed regardless of the image. Therefore, when the direction of the pixel value change is not linear, the prediction error increases. Moreover, when a specific predictor is not used, the code amount required to express the prediction information increases. Therefore, in order to reduce the prediction error, it is necessary to construct an appropriate predictor for each video.

映像ごとに予測器を定める方法として、複数の線形予測器を画像ごとに定める方法がある(非特許文献1参照)。非特許文献1では、1枚の画像を矩形ブロックに分割し、矩形ブロックごとに予測が実行される。また、非特許文献1では、各矩形ブロックを複数種類のクラスに分類し、適応的な予測器がクラスごとに定められる。以下では、予測処理の単位となる矩形ブロックを「予測ブロック」という。 As a method of determining a predictor for each video, there is a method of determining a plurality of linear predictors for each image (see Non-Patent Document 1). In Non-Patent Document 1, one image is divided into rectangular blocks, and prediction is executed for each rectangular block. Also, in Non-Patent Document 1, each rectangular block is classified into a plurality of types of classes, and an adaptive predictor is determined for each class. Hereinafter, a rectangular block that is a unit of prediction processing is referred to as a “prediction block”.

図19は、複数の予測ブロックに分割された符号化対象フレームにおける、予測に用いられる参照画素及び被予測画素の関係の例を示す図である。図19では、一例として、符号化対象フレームである画像を(5×3)に分割し、13個の参照画素から16個の被予測画素を予測する。参照画素の数及び形と被予測画素の数とは、自由に変更できる。 FIG. 19 is a diagram illustrating an example of a relationship between a reference pixel used for prediction and a predicted pixel in an encoding target frame divided into a plurality of prediction blocks. In FIG. 19, as an example, the image that is the encoding target frame is divided into (5×3), and 16 predicted pixels are predicted from 13 reference pixels. The number and shape of reference pixels and the number of predicted pixels can be freely changed.

図20は、予測ブロックを複数のクラスに分類する方法の例を示す図である。図20では、一例として、15個の予測ブロックが3個のクラスに分類され、予測に必要となる係数がクラスごとに用意される。クラス数は、1以上の整数であればどのように設定してもよい。予測係数の導出方法については後述する。 FIG. 20 is a diagram showing an example of a method of classifying prediction blocks into a plurality of classes. In FIG. 20, as an example, 15 prediction blocks are classified into 3 classes, and the coefficients required for prediction are prepared for each class. The number of classes may be set in any way as long as it is an integer of 1 or more. The method of deriving the prediction coefficient will be described later.

非特許文献1では、最小単位である単画素の予測ブロック(予測対象)が定められている。予測ブロック内の画素値と原画像の画素値との誤差である予測誤差は、低く抑えることが望ましい。一方、同一画像内の各予測ブロックは、信号特性がそれぞれ異なる。そこで、類似した信号特性を持つ予測ブロックを1個のクラスにまとめ、まとめられたクラスにおいて予測誤差の少ない予測器が設計される。非特許文献1には、クラス分類の方法として、付加情報を用いずに予測ブロック周辺の近傍画素値の分散を用いる分類の方法が開示されている。非特許文献1では、予測ブロック内の画素値の予測に、式(1)に示す線形予測が用いられる。 In Non-Patent Document 1, a single pixel prediction block (prediction target) that is the minimum unit is defined. It is desirable that the prediction error, which is the error between the pixel value in the prediction block and the pixel value in the original image, be kept low. On the other hand, the prediction blocks in the same image have different signal characteristics. Therefore, prediction blocks having similar signal characteristics are grouped into one class, and a predictor with a small prediction error in the grouped classes is designed. Non-Patent Document 1 discloses, as a class classification method, a classification method that uses the variance of neighboring pixel values around a prediction block without using additional information. In Non-Patent Document 1, linear prediction shown in Expression (1) is used for prediction of pixel values in a prediction block.

Figure 0006737699
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ここで、iは、予測ブロックの番号を示す指数である。cは、クラス番号であり、1からCまでとりうる。^x=(^x ,・・・,^x ,・・・,^x Mi(^は、後に続く文字の上に付く。以下同様)は、参照画素を要素とするMi次元の列ベクトルである。Miは、予測に用いる参照画素数である。^y は、予測ブロックにおける予測画素値である。非特許文献1では、予測ブロックの大きさが(1×1)であるため、^y は、1次元の実数である。bは、クラスcにおける予測係数であり、Mi次元行ベクトルである。 Here, i is an index indicating the number of the prediction block. c is a class number and can be 1 to C. ^x i =(^x i 1 ,..., ^x i l ,..., ^x i Mi ) T (^ is attached to the character that follows, the same applies below) is the element Is a Mi-dimensional column vector. Mi is the number of reference pixels used for prediction. ^ Y i c is a prediction pixel value in a prediction block. In Non-Patent Document 1, since the size of the prediction block is (1×1), ^y i c is a one-dimensional real number. bc is a prediction coefficient in class c and is a Mi-dimensional row vector.

各クラスの予測係数bに対し予測誤差を最小化する係数を定める方法では、Wiener−Hopt方程式と呼ばれる線形連立方程式を解くことが知られている。以上に説明した事項は、非特許文献1に詳述されている。非特許文献1の線形予測を拡張し、画素単位でない予測ブロック内の正規化された画素値に対する線形予測は、式(2)のように記述できる。 In the method of determining the coefficient that minimizes the prediction error to the prediction coefficient b c of each class, it is known to solve the linear equations called Wiener-Hopt equation. The matters described above are detailed in Non-Patent Document 1. The linear prediction of Non-Patent Document 1 is expanded, and linear prediction for a normalized pixel value in a prediction block that is not a pixel unit can be described as Expression (2).

Figure 0006737699
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ここで、iは、予測ブロックの番号を示す指数である。cは、クラス番号であり、1からCまでとりうる。^x=(^x ,・・・,^x ,・・・,^x Miは正規化処理を施した参照画素を要素とするMi次元の列ベクトルである。Miは予測に用いる参照画素数である。^xは、式(3)のように正規化されている。 Here, i is an index indicating the number of the prediction block. c is a class number and can be 1 to C. ^x i =(^x i 1 ,..., ^x i l ,..., ^x i Mi ) T is a Mi-dimensional column vector whose elements are reference pixels subjected to the normalization process. Mi is the number of reference pixels used for prediction. ^x i is normalized as in Expression (3).

Figure 0006737699
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ここで、 ̄x=( ̄x ;,・・・, ̄x ,・・・, ̄x Mi( ̄は、後に続く文字の上に付く。以下同様)は、正規化処理を施していない参照画素を要素とするMi次元の列ベクトルである.Sは、クラス番号cを選択する予測ブロック番号の集合である.μ は、クラスcに属するl番目の参照画素値 ̄x の平均値である.σ は、クラスcに属するl番目の参照画素値の標準偏差である。 Here,  ̄ x i = ( ̄ x i 1 ;,...,  ̄ x i l ,...,  ̄ x i Mi ) T ( ̄ is attached to the following character. The same applies below) is This is a Mi-dimensional column vector whose elements are reference pixels that have not been normalized. S c is a set of prediction block numbers that selects the class number c. μ x l is the average value of the l-th reference pixel value −x i l belonging to the class c. σ x l is the standard deviation of the l-th reference pixel value belonging to the class c.

^y =(^y [1],・・・,^y [j],・・・,^y [Mi])は、正規化処理を施した予測ブロック内の画素値を要素とするMo次元の列ベクトルである。^y は、式(4)のように正規化されている。 ^ Y i c =(^ y i c [1],..., ^ y i c [j],..., ^ y i c [Mi]) T is in the prediction block subjected to the normalization process. Is a Mo-dimensional column vector whose elements are pixel values of. ^ Y i c is normalized as in Expression (4).

Figure 0006737699
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ここで、 ̄y =( ̄y [1],・・・, ̄y [l],・・・, ̄y [Mo])は、正規化処理を施していない予測ブロック内の画素値を要素とするMi次元の列ベクトルである.μ [j]は、クラスcに属するl番目の被予測画素値 ̄x の平均値である。Moは、予測ブロックの画素数である。jは、予測ブロック内の画素位置を示す指数である。Aは、クラスcにおける予測係数であり、列数がMiであり、行数がMoである実数値行列である。j行目の予測係数により、j番目の予測ブロック内画素値が予測される。 Here, ¯y i c = (¯y i c [1], ···, ¯y i c [l], ···, ¯y i c [Mo]) T is not subjected to a normalization process This is a Mi-dimensional column vector whose elements are the pixel values in a non-predicted block. μ i c [j] is the average value of the l-th predicted pixel value −x i l belonging to the class c. Mo is the number of pixels of the prediction block. j is an index indicating the pixel position in the prediction block. A c is a prediction coefficient in class c, and is a real-valued matrix having Mi in the number of columns and Mo in the number of rows. The pixel value in the j-th prediction block is predicted by the prediction coefficient in the j-th row.

正規化されていない実際の予測画素値〜y (〜は、後に続く文字の上に付く。以下同様)は、式(5)を用いて表される。 The actual prediction pixel value ~y i c unnormalized (~ is attached. Similarly above the letter followed) is expressed using equation (5).

Figure 0006737699
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以下では、正規化処理は、参照画素及び予測ブロックに対して施される。画像ごとに線形予測に用いる係数方法では、予測係数が付加情報となる。このため、画像ごとに線形予測に用いる係数方法では、予測係数の発生符号量の抑制が課題となる。予測係数の発生符号量を抑制する方法として、予測係数の多くが零値であるスパースの状態にする制約条件の下で予測誤差を低減することが可能である予測係数を定める方法がある。 In the following, the normalization process is performed on the reference pixel and the prediction block. In the coefficient method used for the linear prediction for each image, the prediction coefficient becomes the additional information. Therefore, in the coefficient method used for the linear prediction for each image, it is a problem to suppress the generated code amount of the prediction coefficient. As a method of suppressing the generated code amount of the prediction coefficient, there is a method of determining the prediction coefficient that can reduce the prediction error under the constraint condition that most of the prediction coefficients are in a sparse state where the value is zero.

予測係数の多くが零値である場合、予測係数の表現に要する符号量を削減できるため、付加情報として送信する予測係数の符号量の削減が見込まれる。一方、零値の予測係数が多すぎる場合、予測誤差が増大してしまうため、予測誤差の表現に要する符号量の増大や復号画像の画質劣化が見込まれる。 When many of the prediction coefficients have a zero value, the code amount required to express the prediction coefficient can be reduced, so that the code amount of the prediction coefficient transmitted as additional information can be reduced. On the other hand, if there are too many zero-valued prediction coefficients, the prediction error will increase, so it is expected that the code amount required to express the prediction error will increase and the image quality of the decoded image will deteriorate.

予測係数の多くが零値であるというスパース性を課した制約条件の下で予測誤差を最小化する方法の一つとして、L0ノルムの二乗誤差の最小化問題がある。L0ノルムの二乗誤差の最小化問題は、式(6)を用いて表される。 There is a problem of minimizing the square error of the L0 norm as one of the methods for minimizing the prediction error under the constraint condition that imposes sparsity that most of the prediction coefficients are zero values. The L0 norm squared error minimization problem is expressed using equation (6).

Figure 0006737699
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ここで、Sは、クラス番号cを選択する予測ブロック番号の集合である。以下の文中では、式中における双柱は「||」を用いて表す。||A||は、行列Aにおける非零値である係数の個数である。予測係数の符号量は、非零値である予測係数の個数に依存する。このため、非零値の係数の個数に関する制約条件は、予測係数に要する符号量を調整する役割を持つ。θ0は、予測係数におけるL0ノルムの総和の上限値を表す。以下では、θ0を「L0ノルム総和上限」という。 Here, S c is a set of prediction block numbers for selecting the class number c. In the following text, the twin columns in the formula are represented by "||". ||A c || 0 is the number of nonzero-valued coefficients in the matrix A c . The code amount of the prediction coefficient depends on the number of prediction coefficients that are non-zero values. Therefore, the constraint condition regarding the number of nonzero-valued coefficients has a role of adjusting the code amount required for the prediction coefficient. θ0 represents the upper limit value of the sum of L0 norms in the prediction coefficient. Hereinafter, θ0 is referred to as “L0 norm sum upper limit”.

しかし、式(6)における最適解の求解は困難である。このため、式(7)に示す条件に制約条件を緩和して求解する方法が考えられる。 However, it is difficult to find the optimum solution in Expression (6). Therefore, a method of solving the constraint condition by solving the condition shown in Expression (7) can be considered.

Figure 0006737699
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ここで、||Ac||1は、行列Acにおける非零値である係数の絶対値の総和である。θ1は、線形予測に用いる全てのクラスにおける予測係数Acの絶対値和の総和の上限値である。以下では、θ1を「L1ノルム総和上限」という。L1ノルム総和上限を定める制約条件を課すことで、スパース性を有する予測係数が得られる。L1ノルム総和上限によって、全てのクラスに亘った行列内における零値の係数を含む割合が調整される。 Here, ||Ac||1 is the total sum of the absolute values of the coefficients that are non-zero values in the matrix Ac. θ1 is the upper limit of the sum of absolute value sums of the prediction coefficients Ac in all classes used for linear prediction. Hereinafter, θ1 is referred to as “L1 norm summation upper limit”. By imposing a constraint condition that defines the upper limit of the L1 norm summation, a prediction coefficient having sparsity can be obtained. The L1 norm summation bounds adjust the proportion of zero-valued coefficients in the matrix across all classes.

式(2)に示された予測係数は、予測ブロック内の各画素が独立であるとして予測される。予測ブロック内のj番目の画素値は、予測係数Aのj行目の係数を用いて予測される。すなわち、A=(a[1],・・・,a[j],・・・,a[Mo]と表記すると、a[j]は、クラスcに属する予測ブロックのj番目の画素値を予測するための係数であり、Mi次元の行ベクトルである。以下では、a[j]を「単画素予測係数」という。 The prediction coefficient shown in Formula (2) is predicted as each pixel in a prediction block being independent. The j-th pixel value in the prediction block is predicted using the coefficient on the j-th row of the prediction coefficient A c . That is, when A c =(a c [1] T ,..., a c [j] T ,..., a c [Mo] T ) T is written, a c [j] becomes a class c. It is a coefficient for predicting the j-th pixel value of the prediction block to which it belongs, and is a Mi-dimensional row vector. Hereinafter, a c [j] is referred to as a “single pixel prediction coefficient”.

クラスcに属するi番目の予測ブロック内のj番目の画素値は、単画素予測係数a[j]及び参照画素xを用いて、a[j]xと予測される。L1ノルムによる制約条件の下での最適化問題においてクラス数Cが1種類であり予測ブロック内の画素数Moが1個である場合、予測係数を定める最適化問題は、線形回帰を実行するための正則化手法であるLASSOと同一の問題として定義され、最適化問題の様々な解法が知られている。 J-th pixel value of the i-th prediction block belonging to the class c, using a single-pixel prediction coefficients a c [j] and the reference pixel x i, is expected to a c [j] x i. When the number of classes C is one and the number of pixels Mo in the prediction block is one in the optimization problem under the constraint condition by the L1 norm, the optimization problem that determines the prediction coefficient executes linear regression. It is defined as the same problem as LASSO, which is a regularization method of, and various solution methods of optimization problems are known.

松田一朗、森弘史、前田譲治、伊東晋、可逆符号化のためのレートを最小とする予測器の設計と評価、電子情報通信学会論文誌D−II、Vol.J85、No.3、pp.448−456、2002.Ichiro Matsuda, Hiroshi Mori, Joji Maeda, Shin Ito, Design and evaluation of predictor with minimum rate for lossless coding, IEICE Transactions D-II, Vol. J85, No. 3, pp. 448-456, 2002.

しかしながら、LASSOの求解アルゴリズムでは、クラス数C及び画素数Moを1に限定した定式化及び制約条件が必要である。クラス数C及び画素数Moが1よりも大きな値である場合には、式(7)に示す条件に制約条件を緩和した最適化問題を効率的に求解することができない、という問題があった。式(7)に示す条件に制約条件を緩和した最適化問題を効率的に求解することができないので、式(5)の最適化問題を効率的に求解することができない。従って、式(5)における予測誤差の削減(最適解の求解)には改善の余地がある。 However, the LASSO solution algorithm requires a formulation and constraint conditions in which the number of classes C and the number of pixels Mo are limited to 1. When the number of classes C and the number of pixels Mo are larger than 1, there is a problem that it is not possible to efficiently solve the optimization problem in which the constraint condition is relaxed in the condition shown in Expression (7). .. Since it is not possible to efficiently solve the optimization problem in which the constraint condition is relaxed to the condition shown in Expression (7), the optimization problem of Expression (5) cannot be solved efficiently. Therefore, there is room for improvement in reducing the prediction error (solving the optimum solution) in equation (5).

上記事情に鑑み、本発明は、イントラ予測においてクラス数と予測ブロック内の画素数とが1よりも大きな値であるという制約条件の下でも最適化問題を効率的に求解することが可能である線形予測係数出力方法、線形予測係数出力装置及び線形予測係数出力プログラムを提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention can efficiently solve an optimization problem even under the constraint that the number of classes and the number of pixels in a prediction block are values greater than 1 in intra prediction. It is an object to provide a linear prediction coefficient output method, a linear prediction coefficient output device, and a linear prediction coefficient output program.

本発明の一態様は、予測対象のデジタル信号と予測されたデジタル信号との差分である予測誤差について、線形予測に用いられる係数である予測係数の絶対値和の総和が上限値を満たすという制約条件の下で前記予測誤差の二乗和を最小化する線形予測器を用いて前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数を出力する線形予測係数出力装置が実行する線形予測係数出力方法であって、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の一部であり1次元のデジタル信号の予測係数である単信号予測係数の集合のうち前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と定めるステップと、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和に基づいて前記上限値を定めるステップと、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と前記上限値とを出力するステップとを含む線形予測係数出力方法である。 One aspect of the present invention is a constraint that a sum of absolute value sums of prediction coefficients, which are coefficients used for linear prediction, satisfies an upper limit value with respect to a prediction error that is a difference between a prediction target digital signal and a predicted digital signal. A linear prediction coefficient output method executed by a linear prediction coefficient output device that outputs a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted using a linear predictor that minimizes the sum of squares of the prediction error under a condition The single-signal prediction satisfying the constraint condition in a set of single-signal prediction coefficients that are part of the prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal and are prediction coefficients of a one-dimensional digital signal Determining a set of coefficients as prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal, and the number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal Is a linear prediction coefficient output method including a step of determining the upper limit value based on the sum of the above, and a step of outputting the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted and the upper limit value.

本発明の一態様は、上記の線形予測係数出力方法であって、前記予測対象のデジタル信号は、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と符号化の際に参照されるデジタル信号との行列積である。 One aspect of the present invention is the above linear prediction coefficient output method, wherein the prediction target digital signal is a prediction coefficient for linearly predicting the prediction target digital signal, and a digital referred to at the time of encoding. It is the matrix product with the signal.

本発明の一態様は、上記の線形予測係数出力方法であって、前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合における前記単信号予測係数の絶対値和の上限値の増加量と前記予測誤差の二乗和の減少量との比である予測誤差削減率のうち、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数であるL0ノルムの変化量が1である前記予測誤差削減率と前記L0ノルムの変分との組が列挙されたリストを前記単信号予測係数ごとに出力するステップと、列挙された全ての前記予測誤差削減率と前記L0ノルムの変分との組が統合されたリストである統合リストを出力するステップと、前記予測誤差削減率が大きい順に前記組を前記統合リストから選択し、前記組ごとに前記L0ノルムの変分の累積和を算出することで、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記L0ノルムを算出するステップと、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記L0ノルムが前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和以下である場合、前記組の一方の前記予測誤差削減率を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記予測誤差削減率と定めるステップとを含む。 One aspect of the present invention is the above linear prediction coefficient output method, wherein the increase amount of the upper limit value of the absolute value sum of the single signal prediction coefficients and the prediction error in the set of the single signal prediction coefficients satisfying the constraint condition. Change in the L0 norm, which is the number of non-zero-valued coefficients that can be set as the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted, of the prediction error reduction rate that is the ratio to the reduction amount of the sum of squares of Outputting a list in which each set of the prediction error reduction rate whose amount is 1 and the variation of the L0 norm is listed for each single signal prediction coefficient, and all the listed prediction error reduction rates and the above Outputting an integrated list, which is a list in which a set with a variation of the L0 norm is integrated, and selecting the set from the integrated list in descending order of the prediction error reduction rate, and changing the variation of the L0 norm for each set. Calculating a cumulative sum of minutes to calculate the L0 norm of the entire prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal; and a prediction coefficient for linearly predicting the prediction target digital signal. If the L0 norm of the whole is less than or equal to the sum of the number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted, then the prediction error reduction rate of one of the pairs Is defined as the prediction error reduction rate of all prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal.

本発明の一態様は、予測対象のデジタル信号と予測されたデジタル信号との差分である予測誤差について、空間的な相関を利用する線形予測に用いられる係数である予測係数の絶対値和の総和が上限値を満たすという制約条件の下で前記予測誤差の二乗和を最小化する線形予測器を用いて前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数を出力する線形予測係数出力装置であって、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の一部であり1次元のデジタル信号の予測係数である単信号予測係数の集合のうち前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と定める予測係数決定部と、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和に基づいて前記上限値を定める上限決定部と、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と前記上限値とを出力する予測係数出力部とを備える線形予測係数出力装置である。 One aspect of the present invention is a sum of absolute value sums of prediction coefficients, which are coefficients used for linear prediction using spatial correlation, with respect to a prediction error that is a difference between a prediction target digital signal and a predicted digital signal. In a linear prediction coefficient output device that outputs a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted using a linear predictor that minimizes the sum of squares of the prediction errors under the constraint that The single-signal prediction coefficient satisfying the constraint condition in a set of single-signal prediction coefficients that is a part of the prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted and is a prediction coefficient of a one-dimensional digital signal. , A prediction coefficient determination unit that defines a prediction coefficient for linearly predicting the prediction target digital signal, and a non-zero-value coefficient that can be set as a prediction coefficient for linearly predicting the prediction target digital signal Linear prediction coefficient output including an upper limit determination unit that determines the upper limit value based on the sum of the number of, and a prediction coefficient output unit that outputs the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted and the upper limit value. It is a device.

本発明の一態様は、上記の線形予測係数出力方法をコンピュータに実行させるための線形予測係数出力プログラムである。 One aspect of the present invention is a linear prediction coefficient output program for causing a computer to execute the above linear prediction coefficient output method.

本発明により、イントラ予測においてクラス数と予測ブロック内の画素数とが1よりも大きな値であるという制約条件の下でも最適化問題を効率的に求解することが可能である。 According to the present invention, it is possible to efficiently solve an optimization problem even under the constraint that the number of classes and the number of pixels in a prediction block are larger than 1 in intra prediction.

実施形態における、エンコード処理の入出力とデコード処理の入出力を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing input/output of encoding processing and input/output of decoding processing in the embodiment. 実施形態における、全予測係数の最適化問題の入出力の関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input-output relationship of the optimization problem of all the prediction coefficients in embodiment. 実施形態における、2個のLASSOについて、単一上限と予測誤差削減率との対応関係を示した図である。FIG. 6 is a diagram showing a correspondence relationship between a single upper limit and a prediction error reduction rate for two LASSOs in the embodiment. 実施形態における、LASSO解算出部における入出力の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the input/output in a LASSO solution calculation part in embodiment. 実施形態における、1個のLASSO解に対して予測係数のL0ノルムが変化する予測誤差削減率とL0ノルムの変分とを出力する例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of outputting a prediction error reduction rate in which the L0 norm of prediction coefficients changes and a variation of the L0 norm for one LASSO solution in the embodiment. 実施形態における、各LASSO解算出部が算出した予測誤差削減率及びL0ノルム変化量を統合する例を示す図である。It is a figure which shows the example which integrates the prediction error reduction rate and L0 norm change amount which each LASSO solution calculation part calculated in embodiment. 実施形態における、L0ノルム総和上限に関する制約条件を満たす最小の予測誤差削減率を算出する例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of calculating a minimum prediction error reduction rate that satisfies a constraint condition regarding an L0 norm sum total upper limit in the embodiment. 実施形態における、LARS等のLASSO解算出部ごとに、単画素予測係数を算出する例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an example of calculating a single pixel prediction coefficient for each LASSO solution calculation unit such as LARS in the embodiment. 実施形態における、ロスレス符号化を実行する動画像符号化装置の構成の例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration of a moving image encoding device that executes lossless encoding in the embodiment. 実施形態における、動画像復号装置の構成の例を示すブロック図である。FIG. 3 is a block diagram showing an example of a configuration of a moving image decoding device in the embodiment. 実施形態における、図9に示すイントラ予測部の詳細な構成の例を示すブロック図である。FIG. 10 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the intra prediction unit shown in FIG. 9 in the embodiment. 実施形態における、図11に示すイントラ予測部の詳細な動作の例を説明するフローチャートである。12 is a flowchart illustrating an example of a detailed operation of the intra prediction unit illustrated in FIG. 11 in the embodiment. 実施形態における、図10に示すイントラ予測部の詳細な構成の例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the intra prediction unit shown in FIG. 10 in the embodiment. 実施形態における、図13に示すイントラ予測部の詳細な動作の例を示すフローチャートである。14 is a flowchart showing an example of detailed operation of the intra prediction unit shown in FIG. 13 in the embodiment. 実施形態における、図11に示すイントラ予測係数生成部の詳細な構成の例を示すブロック図である。FIG. 12 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of an intra prediction coefficient generation unit shown in FIG. 11 in the embodiment. 実施形態における、図15に示すイントラ予測係数生成部の詳細な動作の例を示すフローチャートである。16 is a flowchart showing an example of detailed operation of the intra prediction coefficient generation unit shown in FIG. 15 in the embodiment. 従来技術における、イントラ予測部の詳細な構成の例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the example of a detailed structure of the intra prediction part in a prior art. 従来技術における、図17に示すイントラ予測部の詳細な動作の例を示すフローチャートである。18 is a flowchart showing an example of detailed operation of the intra prediction unit shown in FIG. 17 in the related art. 複数の予測ブロックに分割された符号化対象フレームにおける、予測に用いられる参照画素及び被予測画素の関係の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the relationship of the reference pixel and prediction pixel used for prediction in the encoding object frame divided into the some prediction block. 予測ブロックを複数のクラスに分類する方法の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the method of classifying a prediction block into a some class.

本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
まず、線形予測係数を出力する原理について説明する。式(7)に示される最適化問題を求解するため、式(7)は、式(8)に示される単画素予測係数(単信号予測係数)の設計問題に書き換えられる。
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
First, the principle of outputting a linear prediction coefficient will be described. In order to solve the optimization problem shown in Expression (7), Expression (7) can be rewritten as the design problem of the single pixel prediction coefficient (single signal prediction coefficient) shown in Expression (8).

Figure 0006737699
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ここで、θ[j]は、各単画素予測係数に対して定める係数の絶対値和の上限値である。以下では、θ[j]を「単一上限」という。式(8)に示される最適化問題は、複数のLASSOを含んでいる。式(8)に示される最適化問題では、全てのクラスと予測ブロック内の画素値とに関する単一上限の総和が総和上限となるという制約条件が課せられる。 Here, θ c [j] is the upper limit value of the sum of absolute values of the coefficients determined for each single pixel prediction coefficient. Hereinafter, θ c [j] is referred to as “single upper limit”. The optimization problem shown in Expression (8) includes a plurality of LASSOs. In the optimization problem shown in Expression (8), a constraint condition is imposed that the sum of the single upper limits for all classes and pixel values in the prediction block becomes the total upper limit.

図1は、実施形態における、エンコード処理の入出力とデコード処理の入出力を示す図である。本発明の実施形態を用いた予測方式を用いたエンコード処理及びデコード処理における入出力の例として、図1に示す入出力が想定される。 FIG. 1 is a diagram showing input/output of an encoding process and input/output of a decoding process in the embodiment. The input/output shown in FIG. 1 is assumed as an example of the input/output in the encoding process and the decoding process using the prediction method using the embodiment of the present invention.

動画像符号化装置(エンコーダ)は、符号化対象となる原画像と、スパース性を制御するためのL0ノルム総和上限とを取得する。動画像符号化装置は、予測係数全体のL0ノルムがL0ノルム総和上限以下になるという制約条件を満たす予測係数の中から、本発明の実施形態で想定される予測方式によって出力された予測画像と原画像との差分の二乗和が最小となる全ての予測係数と、式(7)に対して設定されるL1ノルム総和上限θ1とを、動画像復号装置(デコーダ)に出力する。動画像符号化装置は、動画像符号化装置及び動画像復号装置の間で予測係数が共有されていないため、全ての予測係数を圧縮し、圧縮された全ての予測係数を動画像復号装置に伝送する必要がある。デコード処理では、動画像復号装置は、定められた予測係数と予測係数以外の符号化パラメータとを取得し、圧縮した復号画像を出力する。 The moving image encoding device (encoder) acquires an original image to be encoded and an L0 norm sum total upper limit for controlling sparsity. The moving image encoding apparatus selects a prediction image output by the prediction method assumed in the embodiment of the present invention from among prediction coefficients that satisfy the constraint condition that the L0 norm of all prediction coefficients is equal to or less than the L0 norm sum upper limit. All prediction coefficients that minimize the sum of squares of the difference from the original image and the L1 norm sum total upper limit θ1 set for equation (7) are output to the moving image decoding device (decoder). Since the moving picture coding apparatus does not share the prediction coefficient between the moving picture coding apparatus and the moving picture decoding apparatus, all the prediction coefficients are compressed and all the compressed prediction coefficients are transferred to the moving picture decoding apparatus. Need to be transmitted. In the decoding process, the moving image decoding apparatus acquires the determined prediction coefficient and the coding parameter other than the prediction coefficient, and outputs the compressed decoded image.

本発明の実施形態の特徴の一つは、図1に示すように、式(7)に示すL1ノルム総和上限ではなく、スパース性を意味する全予測係数のL0ノルムの総和の上限を定めるパラメータを、動画像復号装置(デコーダ)が制約条件として取得する点である。映像符号化において、符号量抑制の観点でみると、L0ノルムの制約条件の下で解を導出することが望ましい場合がある。例えば、予測係数の大半が0である場合、予測係数が0であるか否かを表すフラグを導入することで、予測係数を表す符号量を大幅に削減できることが期待される。また、予測係数の符号量は、非零値の係数の符号量が支配的であると考えられる。このことから、予測係数の符号量制御方法として、L0ノルムの総和を制約する方法が考えられる。 One of the features of the embodiment of the present invention is, as shown in FIG. 1, a parameter that determines the upper limit of the sum of the L0 norms of all prediction coefficients, which means sparseness, instead of the upper limit of the L1 norm sum shown in Expression (7). Is acquired by the moving image decoding apparatus (decoder) as a constraint condition. In video encoding, from the viewpoint of code amount suppression, it may be desirable to derive a solution under the constraint condition of the L0 norm. For example, when most of the prediction coefficients are 0, it is expected that the code amount representing the prediction coefficient can be significantly reduced by introducing a flag indicating whether or not the prediction coefficient is 0. It is considered that the code amount of the prediction coefficient is dominated by the code amount of the non-zero value coefficient. From this, a method of restricting the sum of the L0 norms is conceivable as a method of controlling the code amount of the prediction coefficient.

従って、式(7)に示される最適化問題の求解にあたり、動画像符号化装置(エンコーダ)は、予測係数の全体の非零値の係数の個数の総和、すなわちL0ノルムの総和の上限を表すθ0を取得する。式(7)に示される最適化問題におけるL1ノルム総和上限と予測係数とを求解する方式を検討する必要がある。 Therefore, in solving the optimization problem shown in Expression (7), the moving picture coding device (encoder) represents the total sum of the number of nonzero-valued coefficients of all prediction coefficients, that is, the upper limit of the total sum of the L0 norm. Get θ0. It is necessary to consider a method for solving the L1 norm sum total upper limit and the prediction coefficient in the optimization problem shown in Expression (7).

上記の最適化問題を求解するために、全てのクラスと予測ブロック内の画素値とに対する単一上限θ[j]を決定する必要がある。複数のLASSOにおけるc[j]の設定を実行する際、計算量の低減を目的として、LARS(Least Angle Regression)(参考文献1参照)を拡張する。 In order to solve the above optimization problem, it is necessary to determine a single upper bound θ c [j] for all classes and pixel values in the prediction block. When setting c[j] in a plurality of LASSOs, LARS (Least Angle Regression) (see Reference 1) is expanded for the purpose of reducing the amount of calculation.

参考文献1:Bradley Efron, Trevor Hastie, Iain Johnstone, and Robert Tibshirani.Least Angle Regression. The Annals of Statistics, Vol. 32, No. 2, pp.407-499、2004. Reference 1: Bradley Efron, Trevor Hastie, Iain Johnstone, and Robert Tibshirani. Least Angle Regression. The Annals of Statistics, Vol. 32, No. 2, pp.407-499, 2004.

LARSは、LASSOにおけるあらゆる単一上限に対応する単画素予測係数を、1度の最適化処理によって出力できる。上記の最適化の結果、各θ[j]に対応する単画素予測係数a[j]∈RMoが、RMoの空間内における複数の連結した線分の集合として与えられる。以下では、上記の線分の集合を「パス」という。パス上の各点は、θ[j]=||a[j]||と設定した際のLASSOの解と対応付けられる。 LARS can output a single pixel prediction coefficient corresponding to any single upper limit in LASSO by one optimization process. As a result of the above optimization, the single pixel prediction coefficient a c [j]εR Mo corresponding to each θ c [j] is given as a set of a plurality of connected line segments in the space of R Mo. Hereinafter, the above set of line segments is referred to as a "path". Each point on the path is associated with the LASSO solution when θ c [j]=||a c [j]|| 1 is set.

また、パスにおける線分同士の連結箇所でのみ、(1)1個の係数が非零値から零値になること、(2)1個の係数が零値から非零値になること、のいずれかが生じる。θ[j]を設定する際にパスが求まっていれば、θ[j]を変更した際の単画素予測係数a[j]を求めるための計算時間は削減される。 Further, only at the connecting points between the line segments in the path, (1) one coefficient changes from non-zero value to zero value, and (2) one coefficient changes from zero value to non-zero value. Either happens. If been determined path when setting the θ c [j], the computation time for obtaining the theta c single pixel prediction coefficient when changing a [j] a c [j] is reduced.

従って、式(8)に示す最適化問題は、LARSを拡張することによって求解される。LARSを拡張する準備として、各単画素予測係数に対して、式(9)ように予測誤差削減効率e[j]が定義される。 Therefore, the optimization problem shown in Expression (8) is solved by expanding LARS. As a preparation for expanding LARS, the prediction error reduction efficiency e c [j] is defined for each single pixel prediction coefficient as in Expression (9).

Figure 0006737699
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ここで、f[j]は、取得された単画素予測係数a[j]を使用した際の予測誤差の総和を返す関数である。a[j]は、現在の単画素予測係数である。d[j]は、現在の単画素予測係数を更新する際の差分を表すベクトルである。予測誤差削減効率の式(9)は、単画素予測係数の絶対値和の増加量に対する予測誤差の低減量を表す。 Here, f c [j] is a function that returns the sum of prediction errors when the acquired single-pixel prediction coefficient a c [j] is used. a c [j] is the current single pixel prediction coefficient. d c [j] is a vector representing the difference when updating the current single pixel prediction coefficient. The prediction error reduction efficiency equation (9) represents the reduction amount of the prediction error with respect to the increase amount of the sum of absolute values of the single pixel prediction coefficients.

LARSでは、パスを辿ることで予測誤差削減効率が常に最大となるように係数が設定される。以下では、予測誤差削減効率は、式(9)を用いて表される(参考文献1参照)。 In LARS, the coefficient is set so that the prediction error reduction efficiency is always maximized by tracing the path. In the following, the prediction error reduction efficiency is expressed using equation (9) (see Reference 1).

図2は、全予測係数の最適化問題の入出力の関係の例を示す図である。式(7)に示されるL1ノルム総和上限が与えられた際の予測係数の全体の最適化問題Pは、図2に示すようなLARSを用いる入出力の関係を有する。まず、全体として、最適化問題Pのソルバは、L1ノルム総和上限を取得した際、予測係数の全体のL1ノルムの総和がL1ノルム総和上限以下となるよう予測係数の全体を定める。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the input/output relationship of the optimization problem of all prediction coefficients. The overall optimization problem P of prediction coefficients when the L1 norm sum total upper limit shown in Expression (7) is given has an input/output relationship using LARS as shown in FIG. First, as a whole, when the solver of the optimization problem P acquires the L1 norm sum total upper limit, the solver of the optimization problem P determines the total prediction coefficient so that the sum of the L1 norm total of the prediction coefficients is equal to or less than the L1 norm sum upper limit.

次に、最適化問題Pのソルバ(イントラ予測部)は、各単画素予測係数を定めるため、予測係数全体を単画素予測係数に分解し、LARSに代表されるLASSO解算出部502を用いて各単画素予測係数を定める。LASSO解算出部502は、単画素予測係数に対するL1ノルムの上限を表す単一上限を取得する。LASSO解算出部502は、L1ノルムに関する制約条件を満たし、かつ、予測誤差の二乗和が最小化される単画素予測係数を出力する。この場合、予測係数全体のL1ノルムの総和に関する制約条件を満たすため、それぞれの単一上限の和がL1ノルム総和上限となるよう定める。このとき、単一上限をどのように定めれば画像全体の予測誤差の二乗和が最小化されるかは、既存の最適化手法では知られていない。 Next, the solver (intra prediction unit) of the optimization problem P decomposes the entire prediction coefficient into single pixel prediction coefficients in order to determine each single pixel prediction coefficient, and uses the LASSO solution calculation unit 502 typified by LARS. Determine each single pixel prediction coefficient. The LASSO solution calculation unit 502 acquires a single upper limit representing the upper limit of the L1 norm for the single pixel prediction coefficient. The LASSO solution calculation unit 502 outputs a single pixel prediction coefficient that satisfies the constraint condition regarding the L1 norm and that minimizes the sum of squares of prediction errors. In this case, since the constraint condition regarding the sum of the L1 norms of all the prediction coefficients is satisfied, the sum of the single upper limits is set to be the L1 norm sum total upper limit. At this time, it is not known in the existing optimization method how to determine the single upper limit to minimize the sum of squares of the prediction error of the entire image.

以下では、予測誤差の二乗和が最小化される単一上限の定め方について説明する。予測誤差の二乗和が最小化される単一上限の設定方法は、図3に示すように、(クラス数×被予測画素)の数だけ求解されたLASSOごとに定まる予測誤差削減率が全てのLASSOにおいて等しい場合における、単一上限の設定方法である。 In the following, a method of setting a single upper limit that minimizes the sum of squares of prediction errors will be described. As shown in FIG. 3, the method of setting the single upper limit that minimizes the sum of squares of the prediction error is that the prediction error reduction rate determined for each LASSO is the number of (class number×predicted pixel). This is a single upper limit setting method in the case of equality in LASSO.

図3は、2個のLASSOについて、単一上限と予測誤差削減率との対応関係を示した図である。以下、予測誤差の二乗和が最小化される単一上限を「最適な単一上限」という。まず、各LASSO解算出部502は、最適な単一上限を定めるため、単一上限と予測誤差削減率との対応関係を算出する。単一上限と予測誤差削減率との対応関係は、従来のLASSO求解アルゴリズムであるLARSを用いて導出は可能である。 FIG. 3 is a diagram showing a correspondence relationship between a single upper limit and a prediction error reduction rate for two LASSOs. Hereinafter, a single upper limit that minimizes the sum of squares of prediction errors is referred to as an “optimal single upper limit”. First, each LASSO solution calculation unit 502 calculates the correspondence between the single upper limit and the prediction error reduction rate in order to determine the optimum single upper limit. The correspondence between the single upper limit and the prediction error reduction rate can be derived using LARS, which is a conventional LASSO solution algorithm.

全てのLASSO解算出部502は、単一上限と予測誤差削減率との対応関係を算出した後、予測誤差削減率が全て等しくなるよう各単一上限を定める。この場合、図3に示された領域1000の面積は、予測画像の画素値の二乗和を表す。式(7)に示される最適化問題は、全てのLASSO解算出部502に関する領域1000の面積の総和を最大化する問題と等価である。 All the LASSO solution calculation units 502 calculate the correspondence between the single upper limit and the prediction error reduction rate, and then determine each single upper limit so that the prediction error reduction rates are all equal. In this case, the area of the region 1000 shown in FIG. 3 represents the sum of squares of the pixel values of the predicted image. The optimization problem shown in Expression (7) is equivalent to the problem of maximizing the sum total of the areas of the region 1000 for all LASSO solution calculation units 502.

LASSO解算出部502は、領域1000の面積の総和を最大化するには、L0ノルム総和上限に関する制約条件を遵守するよう、予測誤差削減率を可能な限り下げる必要がある。また、図3のように単一上限(図3における領域1100の面積)を定める際、各LASSO解算出部502は、予測誤差削減率をどのように定めればL0ノルム総和上限に関する制約上限が満たされるかを知る必要がある。以下では、L0ノルムに関する制約条件を満たした上で、予測係数の全体におけるL0ノルム総和上限と予測誤差削減率との対応関係を導出する方法について説明する。 In order to maximize the total area of the regions 1000, the LASSO solution calculation unit 502 needs to reduce the prediction error reduction rate as much as possible so as to comply with the constraint condition regarding the L0 norm total sum upper limit. Further, when determining the single upper limit (area of the region 1100 in FIG. 3) as shown in FIG. 3, each LASSO solution calculation unit 502 determines how the prediction error reduction rate is set so that the constraint upper limit on the L0 norm summation upper limit is set. You need to know if you are satisfied. Hereinafter, a method of deriving the correspondence relationship between the L0 norm sum total upper limit and the prediction error reduction rate in the entire prediction coefficient while satisfying the constraint condition regarding the L0 norm will be described.

図4は、LASSO解算出部502における入出力の例を示す図である。まず、図4に示すように、LASSO解算出部502は、予測誤差削減率とL0ノルム総和上限との対応関係を導出するため、予測係数全体を単画素予測係数に分割する。LASSO解算出部502は、予測誤差削減率、単一上限及び単画素予測係数の組を、LARS等のLASSO求解ソルバを用いて全て導出する。これにより、LASSO解算出部502は、単一上限又は予測誤差削減率を取得した場合、予測誤差削減率、単一上限又は単画素予測係数を出力することができる。 FIG. 4 is a diagram showing an example of input/output in the LASSO solution calculation unit 502. First, as shown in FIG. 4, the LASSO solution calculation unit 502 divides the entire prediction coefficient into single-pixel prediction coefficients in order to derive the correspondence between the prediction error reduction rate and the L0 norm sum total upper limit. The LASSO solution calculation unit 502 derives all combinations of the prediction error reduction rate, the single upper limit, and the single-pixel prediction coefficient using a LASSO solution solver such as LARS. Thereby, the LASSO solution calculation unit 502 can output the prediction error reduction rate, the single upper limit, or the single pixel prediction coefficient when the single upper limit or the prediction error reduction rate is acquired.

本発明の実施形態では、予測誤差削減率を均一化することが最適な単一上限を設定することであることに着目する。LASSO解算出部502は、予測係数全体のL0ノルム及びL1ノルムの対応関係を導出する問題を、予測係数全体のL0ノルムと予測誤差削減率との対応関係を導出する問題とみなす。LASSO解算出部502は、更に単画素予測係数ごとのL0ノルムと予測誤差削減率との対応関係を導出する部分問題に分割する。単画素予測係数におけるL0ノルムと予測誤差削減率との対応関係は、LARS等の既存アルゴリズムを用いて探索可能である。LASSO解算出部502は、予測誤差削減率という指標を導入し、部分問題を統合することで、予測誤差削減率と予測係数全体のL0ノルムとの対応関係を容易に算出できる。 In the embodiment of the present invention, it is noted that equalizing the prediction error reduction rate is to set an optimum single upper limit. The LASSO solution calculation unit 502 regards the problem of deriving the correspondence relationship between the L0 norm and the L1 norm of all prediction coefficients as the problem of deriving the correspondence relationship between the L0 norm of all prediction coefficients and the prediction error reduction rate. The LASSO solution calculation unit 502 further divides the L0 norm for each single pixel prediction coefficient into subproblems for deriving a correspondence relationship between the prediction error reduction rate. The correspondence relationship between the L0 norm in the single pixel prediction coefficient and the prediction error reduction rate can be searched using an existing algorithm such as LARS. The LASSO solution calculation unit 502 can easily calculate the correspondence relationship between the prediction error reduction rate and the L0 norm of the entire prediction coefficient by introducing an index called the prediction error reduction rate and integrating the partial problems.

図5は、1個のLASSO解に対して予測係数のL0ノルムが変化する予測誤差削減率とL0ノルムの変分とを出力する例を示す図である。最適化問題Pのソルバは、図5に示すように、単画素予測係数ごとに予測誤差削減率と単画素予測係数におけるL0ノルムの変化する変化点とを列挙する。最適化問題Pのソルバは、L0ノルムの変化量とL0ノルムが変化する予測誤差削減率との全てを、リストにまとめて出力する。 FIG. 5 is a diagram showing an example of outputting the prediction error reduction rate in which the L0 norm of the prediction coefficient changes and the variation of the L0 norm for one LASSO solution. As shown in FIG. 5, the solver of the optimization problem P enumerates the prediction error reduction rate and the changing point where the L0 norm in the single pixel prediction coefficient changes for each single pixel prediction coefficient. The solver of the optimization problem P outputs all of the change amount of the L0 norm and the prediction error reduction rate at which the L0 norm changes in a list.

図5における左側に示された対応関係の横軸は、予測誤差削減率である。縦軸は、L0ノルムである。最適化問題Pのソルバは、単画素予測係数のL0ノルムの変化点を、LARSを用いて効率的に列挙可能である。最適化問題Pのソルバは、L0ノルムの変化点と変化する際の予測誤差削減率とを組として、全ての変化点を列挙して出力する。この場合、最適化問題Pのソルバは、予測誤差削減率が0になる場合にL0ノルムが変化しなくても、L0ノルムの変化点を出力する。なお、変化量は、増加する場合もあれば減少する場合もある。 The horizontal axis of the correspondence shown on the left side in FIG. 5 is the prediction error reduction rate. The vertical axis is the L0 norm. The solver of the optimization problem P can efficiently enumerate the change points of the L0 norm of the single pixel prediction coefficient using LARS. The solver of the optimization problem P enumerates and outputs all the change points as a set of the change point of the L0 norm and the prediction error reduction rate when changing. In this case, the solver of the optimization problem P outputs the change point of the L0 norm even if the L0 norm does not change when the prediction error reduction rate becomes 0. The amount of change may increase or may decrease.

図6は、各LASSO解算出部が算出した予測誤差削減率及びL0ノルム変化量を統合する例を示す図である。最適化問題Pのソルバは、図6に示すように、全ての単画素予測係数に対して、L0ノルムの変化量とL0ノルムが変化する予測誤差削減率とが列挙されたリストを求める。最適化問題Pのソルバは、L0ノルムの変化量とL0ノルムが変化する予測誤差削減率とが列挙されたリストを全て一つに統合し、予測誤差削減率が高い順に並び換える。図6における操作の目的は、LASSO解算出部502が予測係数全体のL0ノルムと予測誤差削減率との対応関係を知ることである。 FIG. 6 is a diagram showing an example of integrating the prediction error reduction rate and the L0 norm change amount calculated by each LASSO solution calculation unit. As shown in FIG. 6, the solver of the optimization problem P obtains a list in which the change amount of the L0 norm and the prediction error reduction rate at which the L0 norm changes are listed for all single pixel prediction coefficients. The solver of the optimization problem P integrates all the lists in which the amount of change in the L0 norm and the prediction error reduction rate at which the L0 norm changes are listed into one, and rearranges them in descending order of the prediction error reduction rate. The purpose of the operation in FIG. 6 is for the LASSO solution calculation unit 502 to know the correspondence between the L0 norm of the entire prediction coefficient and the prediction error reduction rate.

最適化問題Pのソルバは、全体の予測誤差削減率がある一定値Eとなるように、単画素予測係数を設定する。その際、L0ノルムの変化量とL0ノルムが変化する予測誤差削減率との全ての組のうち、予測誤差削減率が一定値E以上の組におけるL0ノルムの変化量を全て加算した値が、予測係数全体のL0ノルムとなる。従って、LASSO解算出部502は、予測誤差削減率と予測係数全体のL0ノルムとの対応関係を、統合及び並び替え(ソート)後のリストに基づいて求めることができる。 The solver of the optimization problem P sets the single pixel prediction coefficient so that the overall prediction error reduction rate becomes a constant value E. At this time, among all the combinations of the change amount of the L0 norm and the prediction error reduction rate at which the L0 norm changes, a value obtained by adding all the change amounts of the L0 norm in a set having a prediction error reduction rate of a constant value E or more It is the L0 norm of the entire prediction coefficient. Therefore, the LASSO solution calculation unit 502 can obtain the correspondence relationship between the prediction error reduction rate and the L0 norm of all the prediction coefficients based on the list after integration and sorting (sorting).

次に、統合及び並び替え後のリストを用いて、L0ノルムの制約条件下における最小の予測誤差削減率を設定する方法を示す。
図7は、L0ノルム総和上限に関する制約条件を満たす最小の予測誤差削減率を算出する例を示す図である。すなわち、図7は、予測係数全体のL0ノルムと予測誤差削減率との対応関係を示す。横軸は予測誤差削減率を示す。縦軸は予測係数全体のL0ノルムの総和を示す。
Next, a method of setting the minimum prediction error reduction rate under the constraint condition of the L0 norm using the list after integration and rearrangement will be shown.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of calculating the minimum prediction error reduction rate that satisfies the constraint condition regarding the L0 norm sum total upper limit. That is, FIG. 7 shows the correspondence relationship between the L0 norm of all prediction coefficients and the prediction error reduction rate. The horizontal axis shows the prediction error reduction rate. The vertical axis represents the sum of L0 norms of all prediction coefficients.

最適化問題Pのソルバは、予測誤差削減率が高い順にL0ノルムの変化量を反映させることで、予測誤差削減率を変化させた際のL0ノルムの総和の推移を監視する。最適化問題Pのソルバは、予測係数全体のL0ノルムがL0ノルム総和上限以下である条件下において、予測誤差削減率が最も小さくなる予測誤差削減率を選択する。 The solver of the optimization problem P monitors the transition of the sum of the L0 norms when the prediction error reduction rate is changed by reflecting the change amount of the L0 norm in descending order of the prediction error reduction rate. The solver of the optimization problem P selects the prediction error reduction rate that minimizes the prediction error reduction rate under the condition that the L0 norm of all the prediction coefficients is less than or equal to the L0 norm sum total upper limit.

この場合、L0ノルムの変化量が負の場合もあるため、L0ノルム総和上限を一度上回った場合においても、再びL0ノルム総和上限以下となる場合が存在する。従って、L0ノルムの変化量とL0ノルムが変化する予測誤差削減率との全てを、予測誤差削減率の選択に反映させる必要がある。最適化問題Pのソルバは、選択された最小の予測誤差削減率を、図3で示したように、各単画素予測係数に設定する最終的な予測誤差削減率Eoptとして算出する。 In this case, since the amount of change in the L0 norm may be negative, even if the upper limit of the L0 norm summation is once exceeded, there may be a case where it becomes equal to or lower than the L0 norm summation upper limit again. Therefore, it is necessary to reflect all of the change amount of the L0 norm and the prediction error reduction rate at which the L0 norm changes in the selection of the prediction error reduction rate. The solver of the optimization problem P calculates the selected minimum prediction error reduction rate as the final prediction error reduction rate E opt set for each single pixel prediction coefficient, as shown in FIG.

図8は、LARS等のLASSO解算出部502ごとに、単画素予測係数を算出する例を示す図である。最適化問題Pのソルバは、図7に示すように、算出された予測誤差削減率Eoptを各単画素予測係数に設定する。各LASSO解算出部502は、図8に示すように予測誤差削減率Eoptを取得し、予測誤差削減率がEoptとなる単画素予測係数を出力する。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example of calculating a single pixel prediction coefficient for each LASSO solution calculation unit 502 such as LARS. As shown in FIG. 7, the solver of the optimization problem P sets the calculated prediction error reduction rate E opt to each single pixel prediction coefficient. Each LASSO solution calculation unit 502 acquires the prediction error reduction rate E opt as shown in FIG. 8 and outputs the single pixel prediction coefficient with which the prediction error reduction rate is E opt .

以上の基本的な考え方に基づいて、本発明の実施形態の線形予測係数出力装置を適用した動画像符号化装置及び動画像復号装置を説明する。 Based on the above basic idea, a moving image coding device and a moving image decoding device to which the linear prediction coefficient output device of the embodiment of the present invention is applied will be described.

まず、実施形態の線形予測係数出力装置を適用した動画像符号化装置について説明する。
図9は、実施形態における、ロスレス符号化(可逆符号化)を実行する動画像符号化装置100の構成の例を示すブロック図である。線形予測係数出力装置は、ロッシー符号化(非可逆符号化)を実行してもよい。
First, a moving picture coding device to which the linear prediction coefficient output device of the embodiment is applied will be described.
FIG. 9 is a block diagram showing an example of the configuration of the moving picture coding apparatus 100 that executes lossless coding (reversible coding) in the embodiment. The linear prediction coefficient output device may perform lossy coding (lossy coding).

動画像符号化装置100は、符号化対象の映像信号を取得し、符号化された映像を符号化ストリームとして出力する。以下では、符号化対象となる映像信号を単に「映像信号」という。 The moving picture coding apparatus 100 acquires a video signal to be coded and outputs the coded video as a coded stream. Hereinafter, the video signal to be encoded is simply referred to as "video signal".

動画像符号化装置100は、フレームメモリ101と、イントラ予測部102と、インター予測部103と、予測残差信号生成部104と、エントロピー符号化処理部105とを備える。動画像符号化装置100は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体(非一時的な記録媒体)を有する記憶装置を更に備えてもよい。 The moving image coding apparatus 100 includes a frame memory 101, an intra prediction unit 102, an inter prediction unit 103, a prediction residual signal generation unit 104, and an entropy coding processing unit 105. The moving image coding apparatus 100 may further include a storage device having a non-volatile recording medium (non-transitory recording medium) such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device.

フレームメモリ101とイントラ予測部102とインター予測部103と予測残差信号生成部104とエントロピー符号化処理部105とのうち一部又は全部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよいし、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。 Some or all of the frame memory 101, the intra prediction unit 102, the inter prediction unit 103, the prediction residual signal generation unit 104, and the entropy coding processing unit 105 are, for example, a processor such as a CPU (Central Processing Unit), It may be realized by executing the program stored in the storage unit, or may be realized using hardware such as an LSI (Large Scale Integration) or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit).

フレームメモリ101は、映像信号を取得する。フレームメモリ101は、インター予測部103がインター予測を実行する際に、映像信号をインター予測部103に参照画像として出力する。 The frame memory 101 acquires a video signal. The frame memory 101 outputs the video signal to the inter prediction unit 103 as a reference image when the inter prediction unit 103 executes the inter prediction.

イントラ予測部102(予測係数決定部)(上限決定部)(予測係数出力部)は、最適化問題Pのソルバとして、映像信号を取得し、予測係数を映像信号ごとに最適化する。イントラ予測部102は、最適化された予測係数を利用してイントラ予測を実行し、予測映像信号を予測残差信号生成部104に出力する。 The intra prediction unit 102 (prediction coefficient determination unit) (upper limit determination unit) (prediction coefficient output unit) acquires a video signal as a solver of the optimization problem P and optimizes the prediction coefficient for each video signal. The intra prediction unit 102 executes intra prediction using the optimized prediction coefficient, and outputs the predicted video signal to the prediction residual signal generation unit 104.

イントラ予測部102は、予測対象の画素集合の信号として、符号化の際に参照される画素集合の信号と予測対象の画素集合の信号を線形予測するための予測係数との行列積を算出する。イントラ予測部102は、予測対象の画素集合の信号を線形予測するための予測係数の一部であり単画素の信号(1次元の信号)の予測係数である単画素予測係数(単信号予測係数)の集合のうち制約条件を満たす単画素予測係数の集合を、予測対象の画素集合の信号を線形予測するための予測係数として出力する。イントラ予測部102は、圧縮及び伝送の必要がある全ての予測係数と予測ブロックごとに定めるクラス番号等のイントラ予測情報とを、エントロピー符号化処理部105に出力する。イントラ予測部102は、本発明の実施形態における特徴的な処理部である。イントラ予測部102の詳細については、図8以降の図等を用いて説明する。 The intra prediction unit 102 calculates, as a signal of the pixel set of the prediction target, a matrix product of a signal of the pixel set referred to at the time of encoding and a prediction coefficient for linearly predicting the signal of the pixel set of the prediction target. .. The intra prediction unit 102 is a single pixel prediction coefficient (single signal prediction coefficient) that is a part of prediction coefficients for linearly predicting a signal of a pixel set to be predicted and is a prediction coefficient of a single pixel signal (one-dimensional signal). ), a set of single pixel prediction coefficients that satisfy the constraint condition is output as a prediction coefficient for linearly predicting the signal of the pixel set to be predicted. The intra prediction unit 102 outputs to the entropy coding processing unit 105 all the prediction coefficients that need to be compressed and transmitted and the intra prediction information such as the class number defined for each prediction block. The intra prediction unit 102 is a characteristic processing unit in the embodiment of the present invention. Details of the intra prediction unit 102 will be described with reference to FIG. 8 and subsequent figures.

インター予測部103は、フレームメモリ101から映像信号を取得し、インター予測によって導出した予測映像信号を予測残差信号生成部104に出力する。インター予測部103は、動きベクトル等のインター予測に必要でありかつ圧縮及び伝送の必要があるインター予測情報を、エントロピー符号化処理部105に出力する。予測残差信号生成部104は、映像信号と、イントラ予測部102又はインター予測部103が出力した予測映像信号とを取得し、映像信号と予測映像信号の差分をエントロピー符号化処理部105に出力する。エントロピー符号化処理部105は、インター予測部103、イントラ予測部102からインター予測情報及びイントラ予測係数をそれぞれ取得し、予測残差、インター予測情報、イントラ予測情報及びイントラ予測係数に基づいて符号化ストリームを生成し、生成された符号化ストリームを出力する。 The inter prediction unit 103 acquires the video signal from the frame memory 101 and outputs the predicted video signal derived by the inter prediction to the prediction residual signal generation unit 104. The inter prediction unit 103 outputs to the entropy coding processing unit 105 the inter prediction information that is necessary for inter prediction such as a motion vector and that needs compression and transmission. The prediction residual signal generation unit 104 acquires the video signal and the predicted video signal output by the intra prediction unit 102 or the inter prediction unit 103, and outputs the difference between the video signal and the predicted video signal to the entropy coding processing unit 105. To do. The entropy coding processing unit 105 acquires the inter prediction information and the intra prediction coefficient from the inter prediction unit 103 and the intra prediction unit 102, respectively, and codes based on the prediction residual, the inter prediction information, the intra prediction information, and the intra prediction coefficient. Generates a stream and outputs the generated encoded stream.

次に、実施形態の線形予測係数出力装置を適用した動画像復号装置について説明する。
図10は、実施形態における、動画像復号装置200の構成の例を示すブロック図である。動画像復号装置200は、図9に示されたエントロピー符号化処理部105が出力した符号化ストリームを取得し、予測残差、インター予測情報、イントラ予測情報及びイントラ予測係数の計4個の情報を符号化ストリームから復号し、計4個の情報に基づく復号映像信号を出力する。なお、動画像符号化装置100がロスレス符号化(可逆符号化)を実行している場合、符号化前の映像信号と復号映像信号とは同一である。
Next, a moving image decoding device to which the linear prediction coefficient output device of the embodiment is applied will be described.
FIG. 10 is a block diagram showing an example of the configuration of the moving image decoding apparatus 200 in the embodiment. The moving image decoding apparatus 200 acquires the coded stream output by the entropy coding processing unit 105 illustrated in FIG. 9, and obtains a total of four pieces of information including prediction residual, inter prediction information, intra prediction information, and intra prediction coefficient. Is decoded from the encoded stream and a decoded video signal based on a total of four pieces of information is output. When the moving picture coding apparatus 100 is performing lossless coding (reversible coding), the video signal before coding and the decoded video signal are the same.

動画像復号装置200は、エントロピー復号処理部201と、イントラ予測部202と、インター予測部203と、復号信号生成部204と、フレームメモリ205とを備える。動画像復号装置200は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の不揮発性の記録媒体(非一時的な記録媒体)を有する記憶装置を更に備えてもよい。 The video decoding device 200 includes an entropy decoding processing unit 201, an intra prediction unit 202, an inter prediction unit 203, a decoded signal generation unit 204, and a frame memory 205. The moving image decoding apparatus 200 may further include a storage device having a non-volatile recording medium (non-transitory recording medium) such as a magnetic hard disk device or a semiconductor storage device.

エントロピー復号処理部201とイントラ予測部202とインター予測部203と復号信号生成部204とのうち一部又は全部は、例えば、CPU等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより実現されてもよいし、LSIやASIC等のハードウェアを用いて実現されてもよい。 A part of or all of the entropy decoding processing unit 201, the intra prediction unit 202, the inter prediction unit 203, and the decoded signal generation unit 204 is, for example, a processor such as a CPU executing a program stored in a storage unit. It may be realized, or may be realized by using hardware such as LSI and ASIC.

エントロピー復号処理部201は、図9に示すエントロピー符号化処理部105が出力した符号化ストリームを取得し、予測残差、インター予測情報、イントラ予測情報及びイントラ予測係数の計4個の情報を符号化ストリームから復号し、計4個の情報を出力する。イントラ予測部202は、フレームメモリ205から復号映像信号を取得し、エントロピー復号処理部201からイントラ予測情報及びイントラ予測係数を取得し、イントラ予測処理によって生成された予測画像を出力する。 The entropy decoding processing unit 201 acquires the encoded stream output by the entropy encoding processing unit 105 illustrated in FIG. 9, and encodes a total of four pieces of information of prediction residual, inter prediction information, intra prediction information, and intra prediction coefficient. It is decoded from the encoded stream and a total of 4 pieces of information are output. The intra prediction unit 202 acquires the decoded video signal from the frame memory 205, acquires the intra prediction information and the intra prediction coefficient from the entropy decoding processing unit 201, and outputs the prediction image generated by the intra prediction process.

インター予測部203は、復号映像信号をフレームメモリ205から取得し、インター予測情報をエントロピー復号処理部201から取得し、インター予測処理により生成された予測画像を出力する。復号信号生成部204は、インター予測部203又はイントラ予測部202が出力した予測画像と、エントロピー復号処理部201が出力した予測残差とを取得し、予測画像及び予測残差を加算することで生成される復号映像信号を出力する。 The inter prediction unit 203 acquires the decoded video signal from the frame memory 205, acquires the inter prediction information from the entropy decoding processing unit 201, and outputs the predicted image generated by the inter prediction process. The decoded signal generation unit 204 acquires the prediction image output by the inter prediction unit 203 or the intra prediction unit 202 and the prediction residual output by the entropy decoding processing unit 201, and adds the prediction image and the prediction residual. The generated decoded video signal is output.

フレームメモリ205は、復号信号生成部204が出力した復号映像信号を取得し、フレームメモリ205の記憶領域に復号映像信号を記憶する。復号映像信号は、インター予測部203及びイントラ予測部202によって、参照画素として利用される。 The frame memory 205 acquires the decoded video signal output by the decoded signal generation unit 204, and stores the decoded video signal in the storage area of the frame memory 205. The decoded video signal is used as a reference pixel by the inter prediction unit 203 and the intra prediction unit 202.

次に、図11を参照して、動画像符号化装置100に関して、図9に示すイントラ予測部102の構成を説明する。
図11は、図9に示すイントラ予測部102の詳細な構成の例を示すブロック図である。イントラ予測部102は、イントラ予測係数初期化部301と、イントラ予測係数生成部302と、イントラ予測係数記憶部303と、イントラ予測処理部304と、イントラ予測情報記憶部305とを備える。
Next, with reference to FIG. 11, the configuration of the intra prediction unit 102 illustrated in FIG. 9 in the moving picture coding device 100 will be described.
FIG. 11 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the intra prediction unit 102 shown in FIG. The intra prediction unit 102 includes an intra prediction coefficient initialization unit 301, an intra prediction coefficient generation unit 302, an intra prediction coefficient storage unit 303, an intra prediction processing unit 304, and an intra prediction information storage unit 305.

イントラ予測係数初期化部301は、動画像符号化装置100に記録されたイントラ予測係数を取得し、イントラ予測係数記憶部303に出力する。図11では、イントラ予測係数生成部302の動作が、従来の動作とは異なる。すなわち、イントラ予測係数生成部302は、符号化対象の映像信号と、予測係数全体のL1ノルムの上限を示す閾値であるL1ノルム総和上限と、各予測対象ブロックが属するクラス情報を表すイントラ予測情報とを取得し、予測係数全体のL1ノルムの総和がL1ノルム総和上限以下であるという制約条件の下で予測誤差の二乗和を最小化する予測係数を、イントラ予測係数記憶部303に出力する。 The intra prediction coefficient initialization unit 301 acquires the intra prediction coefficient recorded in the moving image coding apparatus 100, and outputs the intra prediction coefficient storage unit 303. In FIG. 11, the operation of the intra prediction coefficient generation unit 302 is different from the conventional operation. That is, the intra prediction coefficient generation unit 302 includes the video signal to be encoded, the L1 norm sum total upper limit that is a threshold value indicating the upper limit of the L1 norm of the entire prediction coefficient, and the intra prediction information indicating the class information to which each prediction target block belongs. And the prediction coefficient that minimizes the sum of squares of prediction errors is output to the intra prediction coefficient storage unit 303 under the constraint that the sum of the L1 norms of all the prediction coefficients is less than or equal to the L1 norm sum total upper limit.

イントラ予測係数記憶部303は、イントラ予測係数初期化部301及びイントラ予測係数生成部302からイントラ予測係数を取得し、予測映像信号を生成するイントラ予測処理部304にイントラ予測係数を出力する。イントラ予測係数記憶部303は、エントロピー符号化処理部105にイントラ予測係数を出力する。 The intra prediction coefficient storage unit 303 acquires the intra prediction coefficient from the intra prediction coefficient initialization unit 301 and the intra prediction coefficient generation unit 302, and outputs the intra prediction coefficient to the intra prediction processing unit 304 that generates a predicted video signal. The intra prediction coefficient storage unit 303 outputs the intra prediction coefficient to the entropy coding processing unit 105.

イントラ予測処理部304は、符号化対象となる映像信号と、イントラ予測係数記憶部303から予測係数とを取得し、生成されたイントラ予測信号を予測残差信号生成部104に出力する。イントラ予測処理部304は、予測されたブロックが属するクラス番号を、イントラ予測情報としてイントラ予測情報記憶部305に出力する。 The intra prediction processing unit 304 acquires the video signal to be encoded and the prediction coefficient from the intra prediction coefficient storage unit 303, and outputs the generated intra prediction signal to the prediction residual signal generation unit 104. The intra prediction processing unit 304 outputs the class number to which the predicted block belongs to the intra prediction information storage unit 305 as intra prediction information.

イントラ予測情報記憶部305は、イントラ予測処理部304により選択されたイントラ予測情報を取得し、予測係数を決定するためにイントラ予測係数生成部302へイントラ予測係数を出力する。イントラ予測情報記憶部305は、イントラ予測情報を圧縮及び伝送する必要があるため、イントラ予測情報をエントロピー符号化処理部105に出力する。 The intra prediction information storage unit 305 acquires the intra prediction information selected by the intra prediction processing unit 304, and outputs the intra prediction coefficient to the intra prediction coefficient generation unit 302 to determine the prediction coefficient. The intra prediction information storage unit 305 outputs the intra prediction information to the entropy coding processing unit 105 because it needs to compress and transmit the intra prediction information.

次に、図12を参照して、動画像符号化装置100に関して、図11に示すイントラ予測部102における動作を説明する。
図12は、図11に示すイントラ予測部102の詳細な動作の例を説明するフローチャートである。イントラ予測係数初期化部301は、エンコーダに記録されたイントラ予測係数を取得し、イントラ予測係数記憶部303に記録する(ステップS101)。
Next, with reference to FIG. 12, the operation of the intra prediction unit 102 shown in FIG. 11 with respect to the moving picture coding device 100 will be described.
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of detailed operation of the intra prediction unit 102 shown in FIG. The intra prediction coefficient initialization unit 301 acquires the intra prediction coefficient recorded in the encoder and records it in the intra prediction coefficient storage unit 303 (step S101).

イントラ予測処理部304は、矩形状に分割された全てのブロックに対して、ステップS103からステップS105までの処理を実行する。イントラ予測処理部304は、全ての予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了したか否かを判定する(ステップS102)。いずれかの予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了してない場合(ステップS102:NO)、イントラ予測処理部304は、各予測対象ブロックがいずれのクラスに属せば符号量が最小化されるかを、逐次的に決定する。すなわち、イントラ予測処理部304は、予測ブロックごとにイントラ予測情報を決定する(ステップS103)。 The intra prediction processing unit 304 executes the processing from step S103 to step S105 for all blocks divided into a rectangular shape. The intra-prediction processing unit 304 determines whether or not the intra-prediction processing has been completed for all the prediction blocks (step S102). When the intra prediction process regarding any of the prediction blocks has not been completed (step S102: NO), the intra prediction processing unit 304 determines which class each prediction target block belongs to and which code amount is minimized. , Determined sequentially. That is, the intra prediction processing unit 304 determines intra prediction information for each prediction block (step S103).

イントラ予測処理部304は、ステップS103において決定されたクラスに属するイントラ予測係数を用いて、予測映像信号を出力する(ステップS104)。イントラ予測処理部304は、ステップS103において決定されたクラス番号を、イントラ予測情報記憶部305に記録する(ステップS105)。全ての予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了した場合(ステップS102:YES)、イントラ予測処理部304は、映像信号、イントラ予測情報及び単一上限に基づいて、イントラ予測係数を最適化する(ステップS106)。イントラ予測処理部304は、イントラ予測係数をイントラ予測係数記憶部303に記録する(ステップS107)。 The intra prediction processing unit 304 outputs the predicted video signal using the intra prediction coefficient belonging to the class determined in step S103 (step S104). The intra prediction processing unit 304 records the class number determined in step S103 in the intra prediction information storage unit 305 (step S105). When the intra prediction process regarding all the prediction blocks is completed (step S102: YES), the intra prediction processing unit 304 optimizes the intra prediction coefficient based on the video signal, the intra prediction information, and the single upper limit (step S106). ). The intra prediction processing unit 304 records the intra prediction coefficient in the intra prediction coefficient storage unit 303 (step S107).

次に、図13を参照して、動画像復号装置200に関して、図10に示すイントラ予測部202における構成を説明する。
図13は、図10に示すイントラ予測部202の詳細な構成を示すブロック図である。イントラ予測部202は、イントラ予測係数記憶部401と、イントラ予測情報記憶部402と、イントラ予測処理部403とを備える。イントラ予測係数記憶部401は、エントロピー復号処理部201からイントラ予測係数を取得し、イントラ予測係数記憶部401の記憶領域にイントラ予測係数を記憶する。
Next, with reference to FIG. 13, the configuration of the intra prediction unit 202 illustrated in FIG. 10 regarding the moving image decoding device 200 will be described.
FIG. 13 is a block diagram showing a detailed configuration of the intra prediction unit 202 shown in FIG. The intra prediction unit 202 includes an intra prediction coefficient storage unit 401, an intra prediction information storage unit 402, and an intra prediction processing unit 403. The intra prediction coefficient storage unit 401 acquires the intra prediction coefficient from the entropy decoding processing unit 201, and stores the intra prediction coefficient in the storage area of the intra prediction coefficient storage unit 401.

イントラ予測情報記憶部402は、エントロピー復号処理部201からイントラ予測情報を取得し、イントラ予測情報記憶部402の記憶領域にイントラ予測情報を記憶する。イントラ予測処理部403は、符号化対象である映像信号と、イントラ予測係数記憶部401からイントラ予測係数と、イントラ予測情報記憶部402からイントラ予測情報とを取得し、イントラ予測を実行した結果として予測映像信号を出力する。 The intra prediction information storage unit 402 acquires the intra prediction information from the entropy decoding processing unit 201, and stores the intra prediction information in the storage area of the intra prediction information storage unit 402. The intra prediction processing unit 403 acquires the video signal to be encoded, the intra prediction coefficient from the intra prediction coefficient storage unit 401, and the intra prediction information from the intra prediction information storage unit 402, and as a result of executing the intra prediction. Output the predicted video signal.

次に、図14を参照して、図13に示すイントラ予測部202における動作を説明する。
図14は、図13に示すイントラ予測部202の詳細な動作の例を示すフローチャートである。イントラ予測係数記憶部401は、エントロピー復号処理部201からイントラ予測係数を取得し、イントラ予測係数記憶部401の記憶領域にイントラ予測係数を記憶する(ステップS201)。
Next, the operation of the intra prediction unit 202 shown in FIG. 13 will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a flowchart showing an example of detailed operation of the intra prediction unit 202 shown in FIG. The intra prediction coefficient storage unit 401 acquires the intra prediction coefficient from the entropy decoding processing unit 201, and stores the intra prediction coefficient in the storage area of the intra prediction coefficient storage unit 401 (step S201).

イントラ予測処理部403は、矩形状に分割された全てのブロックに対して、ステップS203からステップS204までの処理を実行する。イントラ予測処理部403は、全ての予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了したか否かを判定する(ステップS202)。いずれかの予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了していない場合(ステップS202:NO)、イントラ予測処理部403は、各予測対象となるブロックが属するクラス番号をイントラ予測係数記憶部401から取得し、使用する予測係数を定める。すなわち、イントラ予測処理部403は、予測ブロックごとにイントラ予測情報を取得する(ステップS203)。 The intra-prediction processing unit 403 executes the processing from step S203 to step S204 for all blocks divided into a rectangular shape. The intra-prediction processing unit 403 determines whether or not the intra-prediction processing has been completed for all prediction blocks (step S202). When the intra prediction process regarding any of the prediction blocks is not completed (step S202: NO), the intra prediction processing unit 403 acquires the class number to which each prediction target block belongs from the intra prediction coefficient storage unit 401, Determine the prediction coefficient to use. That is, the intra prediction processing unit 403 acquires intra prediction information for each prediction block (step S203).

イントラ予測処理部403は、ステップS203において決定された予測ブロックに対してイントラ予測処理を実行し、予測映像信号を出力する(ステップS204)。全ての予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了している場合(ステップS202:YES)、イントラ予測処理部403は、処理を終了する。 The intra prediction processing unit 403 executes the intra prediction process on the prediction block determined in step S203, and outputs a predicted video signal (step S204). When the intra prediction process regarding all the prediction blocks has been completed (step S202: YES), the intra prediction processing unit 403 ends the process.

次に、図15を参照して、動画像符号化装置100のイントラ予測部102に関して、図11に示すイントラ予測係数生成部302の構成を説明する。
図15は、図11に示すイントラ予測係数生成部302の詳細な構成の例を示すブロック図である。イントラ予測係数生成部302は、イントラ予測情報分割部501と、LASSO解算出部502と、L0ノルム変化点抽出部503と、L0ノルム変化点統合部504と、終了判定部505と、L0ノルム更新部506と、L0ノルム記憶部507と、準拠判定部508と、予測誤差削減率更新部509と、予測誤差削減率記憶部510と、L0ノルム変化点リスト更新部511とを備える。
Next, with reference to FIG. 15, the configuration of the intra prediction coefficient generation unit 302 illustrated in FIG. 11 will be described with respect to the intra prediction unit 102 of the moving image encoding device 100.
FIG. 15 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the intra prediction coefficient generation unit 302 shown in FIG. The intra prediction coefficient generation unit 302 includes an intra prediction information division unit 501, a LASSO solution calculation unit 502, an L0 norm change point extraction unit 503, an L0 norm change point integration unit 504, an end determination unit 505, and an L0 norm update. A unit 506, an L0 norm storage unit 507, a compliance determination unit 508, a prediction error reduction rate update unit 509, a prediction error reduction rate storage unit 510, and an L0 norm change point list update unit 511 are provided.

イントラ予測情報分割部501は、符号化対象となる入力映像信号と各予測ブロックが属するクラス番号であるイントラ予測情報とを取得し、各単画素予測係数の最適化に必要な情報に入力映像信号及びイントラ予測情報を分割する。イントラ予測情報分割部501は、各単画素予測係数の最適化に必要な情報をLASSO解算出部502に出力する。 The intra prediction information division unit 501 acquires the input video signal to be encoded and the intra prediction information that is the class number to which each prediction block belongs, and uses the input video signal as the information necessary for optimizing each single pixel prediction coefficient. And the intra prediction information is divided. The intra prediction information division unit 501 outputs information necessary for optimizing each single pixel prediction coefficient to the LASSO solution calculation unit 502.

LASSO解算出部502は、イントラ予測情報分割部501から分割後の入力映像信号およびイントラ予測情報を取得し、LARS等のLASSO求解ソルバを用いて、予測誤差削減率、単一上限及び単画素予測係数の組を全て導出する。LASSO解算出部502は、予測誤差削減率、単一上限及び単画素予測係数の組の全てを、L0ノルム変化点抽出部503に出力する。LASSO解算出部502は、図3に示すように揃えるべき予測誤差削減率を、予測誤差削減率記憶部510から取得する。LASSO解算出部502は、各LASSO解算出部502で予測誤差削減率が一定となる単画素予測係数を算出し、イントラ予測係数としてイントラ予測係数記憶部303に記録する。 The LASSO solution calculation unit 502 acquires the divided input video signal and intra prediction information from the intra prediction information division unit 501, and uses a LASSO solution solver such as LARS to predict the prediction error reduction rate, the single upper limit, and the single pixel prediction. Derive all coefficient sets. The LASSO solution calculation unit 502 outputs all the combinations of the prediction error reduction rate, the single upper limit, and the single pixel prediction coefficient to the L0 norm change point extraction unit 503. The LASSO solution calculation unit 502 acquires the prediction error reduction rate to be aligned as shown in FIG. 3, from the prediction error reduction rate storage unit 510. The LASSO solution calculation unit 502 calculates a single-pixel prediction coefficient for which the prediction error reduction rate is constant in each LASSO solution calculation unit 502, and records it as an intra prediction coefficient in the intra prediction coefficient storage unit 303.

L0ノルム変化点抽出部503は、予測誤差削減率、単一上限及び単画素予測係数の組の全てを、LASSO解算出部502から取得する。L0ノルム変化点抽出部503は、各単画素予測係数においてL0ノルムが変化する予測誤差削減率の値と変化量(±1)との組を算出し、全ての組を一つのリストとしてまとめる。L0ノルム変化点抽出部503は、L0ノルム変化点統合部504にリストを出力する。 The L0 norm change point extraction unit 503 acquires all the combinations of the prediction error reduction rate, the single upper limit, and the single pixel prediction coefficient from the LASSO solution calculation unit 502. The L0 norm change point extraction unit 503 calculates a set of the value of the prediction error reduction rate at which the L0 norm changes in each single pixel prediction coefficient and the change amount (±1), and collects all the sets as one list. The L0 norm change point extraction unit 503 outputs the list to the L0 norm change point integration unit 504.

L0ノルム変化点統合部504は、予測誤差削減率及びL0ノルムの変化量のリストを、最適化する単画素予測係数の数だけ取得する。L0ノルム変化点統合部504は、全てのリストを一つのリストとして統合して、統合されたリストを終了判定部505(予測誤差削減率探索終了判定部)に出力する。以下、統合されたリストを「統合リスト」という。 The L0 norm change point integration unit 504 acquires as many lists of prediction error reduction rates and L0 norm change amounts as the number of single pixel prediction coefficients to be optimized. The L0 norm change point integration unit 504 integrates all the lists as one list, and outputs the integrated list to the end determination unit 505 (prediction error reduction rate search end determination unit). Hereinafter, the integrated list is referred to as an “integrated list”.

終了判定部505は、L0ノルム変化点統合部504又はL0ノルム変化点リスト更新部511から、統合リストを取得する。終了判定部505は、統合リストが空であるか否かを判定する。終了判定部505は、統合リストが空ではなく要素が含まれている場合、要素が含まれている統合リストをL0ノルム更新部506に出力する。終了判定部505は、統合リストが空である場合、反復終了フラグを予測誤差削減率記憶部510に出力する。終了判定部505は、L0ノルム変化点リスト更新部511に統合リストを出力する。 The end determination unit 505 acquires the integrated list from the L0 norm change point integration unit 504 or the L0 norm change point list update unit 511. The end determination unit 505 determines whether or not the integrated list is empty. When the integrated list is not empty and includes an element, the end determination unit 505 outputs the integrated list including the element to the L0 norm updating unit 506. When the integrated list is empty, the end determination unit 505 outputs the iteration end flag to the prediction error reduction rate storage unit 510. The end determination unit 505 outputs the integrated list to the L0 norm change point list update unit 511.

L0ノルム更新部506は、統合リストを終了判定部505から取得する。L0ノルム更新部506は、取得された統合リストの中から予測誤差削減率が最大である組Tを選択する。L0ノルム更新部506は、予測係数全体のL0ノルムをL0ノルム記憶部507から取得する。L0ノルム更新部506は、予測誤差削減率が最大である組TにおけるL0ノルムの変化量を、予測係数全体のL0ノルムに加算する。L0ノルム更新部506は、加算後のL0ノルムの総和と統合リストとを、L0ノルム記憶部507に記録する。 The L0 norm updating unit 506 acquires the integrated list from the end determining unit 505. The L0 norm updating unit 506 selects the set T having the maximum prediction error reduction rate from the acquired integrated list. The L0 norm updating unit 506 acquires the L0 norm of all prediction coefficients from the L0 norm storage unit 507. The L0 norm updating unit 506 adds the amount of change of the L0 norm in the set T having the maximum prediction error reduction rate to the L0 norm of all prediction coefficients. The L0 norm updating unit 506 records the sum of the L0 norm after addition and the integrated list in the L0 norm storage unit 507.

L0ノルム記憶部507は、予測誤差削減率が最大である組TにおけるL0ノルムの変化量を予測係数全体のL0ノルムに加算した結果を、L0ノルム更新部506から取得する。L0ノルム記憶部507は、予測誤差削減率が最大である組TにおけるL0ノルムの変化量を予測係数全体のL0ノルムに加算した結果を、L0ノルム記憶部507の記憶領域に記憶する。L0ノルム記憶部507は、記憶している予測係数全体のL0ノルムの総和に変化量を加算するため、記憶しているL0ノルムの累積和をL0ノルム更新部506に出力する。 The L0 norm storage unit 507 acquires, from the L0 norm updating unit 506, the result of adding the amount of change in the L0 norm in the set T having the maximum prediction error reduction rate to the L0 norm of all prediction coefficients. The L0 norm storage unit 507 stores the result of adding the change amount of the L0 norm in the set T having the maximum prediction error reduction rate to the L0 norm of all prediction coefficients in the storage area of the L0 norm storage unit 507. The L0 norm storage unit 507 outputs the cumulative sum of the stored L0 norm to the L0 norm updating unit 506 in order to add the variation amount to the stored sum of the L0 norm of all prediction coefficients.

準拠判定部508(L0ノルム制約準拠判定部)は、統合リストとL0ノルムの累積和とを、L0ノルム更新部506から取得する。準拠判定部508は、L0ノルムの総和がL0ノルム総和上限以下であるか否か判定する。準拠判定部508は、L0ノルム総和上限以下である場合、予測誤差削減率更新部509に統合リストを出力する。準拠判定部508は、L0ノルム総和上限以下を超えている場合、L0ノルム変化点リスト更新部511に統合リストを出力する。 The compliance determination unit 508 (L0 norm constraint compliance determination unit) acquires the integrated list and the cumulative sum of the L0 norm from the L0 norm updating unit 506. The compliance determination unit 508 determines whether the sum of the L0 norms is less than or equal to the L0 norm sum total upper limit. The compliance determination unit 508 outputs the integrated list to the prediction error reduction rate update unit 509 when the sum is less than or equal to the L0 norm sum total upper limit. The compliance determination unit 508 outputs the integrated list to the L0 norm change point list update unit 511 when the value exceeds the L0 norm sum total upper limit or less.

予測誤差削減率更新部509は、統合リスト内で最大の予測誤差削減率を持つ組Tにおける予測誤差削減率を、取得された統合リストから抽出する。予測誤差削減率更新部509は、統合リスト内で最大の予測誤差削減率を持つ組Tにおける予測誤差削減率を、予測誤差削減率記憶部510に記録する。予測誤差削減率更新部509は、統合リスト更新フラグを、L0ノルム変化点リスト更新部511に出力する。 The prediction error reduction rate updating unit 509 extracts the prediction error reduction rate in the set T having the largest prediction error reduction rate in the integrated list from the acquired integrated list. The prediction error reduction rate updating unit 509 records the prediction error reduction rate in the set T having the largest prediction error reduction rate in the integrated list in the prediction error reduction rate storage unit 510. The prediction error reduction rate update unit 509 outputs the integrated list update flag to the L0 norm change point list update unit 511.

予測誤差削減率記憶部510は、更新後の予測誤差削減率を予測誤差削減率更新部509から取得する。予測誤差削減率記憶部510は、予測誤差削減率記憶部510の記憶領域に記憶する。予測誤差削減率記憶部510は、反復終了フラグを終了判定部505から取得する。予測誤差削減率記憶部510は、予測誤差削減率記憶部510が記憶しているL0ノルム総和上限の制約条件を満たす予測誤差削減率のうち最小の予測誤差削減率を、LASSO解算出部502に出力する。 The prediction error reduction rate storage unit 510 acquires the updated prediction error reduction rate from the prediction error reduction rate updating unit 509. The prediction error reduction rate storage unit 510 stores the prediction error reduction rate storage unit 510 in the storage area. The prediction error reduction rate storage unit 510 acquires the iteration end flag from the end determination unit 505. The prediction error reduction rate storage unit 510 stores, in the LASSO solution calculation unit 502, the smallest prediction error reduction rate among the prediction error reduction rates that satisfy the constraint condition of the L0 norm sum total upper limit stored in the prediction error reduction rate storage unit 510. Output.

L0ノルム変化点リスト更新部511は、統合リストを準拠判定部508から取得する。L0ノルム変化点リスト更新部511は、統合リスト内で最大の予測誤差削減率を持つ組Tを、統合リストから削除する。L0ノルム変化点リスト更新部511は、統合リスト内で最大の予測誤差削減率を持つ組Tが削除された統合リストを、終了判定部505に出力する。 The L0 norm change point list update unit 511 acquires the integrated list from the compliance determination unit 508. The L0 norm change point list update unit 511 deletes the set T having the maximum prediction error reduction rate in the integrated list from the integrated list. The L0 norm change point list updating unit 511 outputs the integrated list in which the set T having the largest prediction error reduction rate in the integrated list is deleted to the end determination unit 505.

次に、図16を参照して、符号化時におけるイントラ予測係数生成部302の動作を説明する。
図16は、図15に示すイントラ予測係数生成部302の詳細な動作の例を示すフローチャートである。図16に示すフローチャートは、図12に示すステップS106の詳細を表す。
Next, the operation of the intra prediction coefficient generation unit 302 during encoding will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a flowchart showing an example of detailed operation of the intra prediction coefficient generation unit 302 shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 16 shows details of step S106 shown in FIG.

イントラ予測情報分割部501は、符号化対象となる入力映像信号と各予測ブロックが属するクラス番号であるイントラ予測情報とを、各単画素予測係数の最適化に必要な情報に分割する(ステップS301)。LASSO解算出部502は、分割された単画素予測係数ごとの最適化問題を、LARS等のLASSOソルバを用いて求解する。LASSO解算出部502は、予測誤差削減率、単一上限及び単画素予測係数の組の全てを、L0ノルム変化点抽出部503に出力する(ステップS302)。 The intra prediction information division unit 501 divides the input video signal to be encoded and the intra prediction information which is the class number to which each prediction block belongs into information necessary for optimizing each single pixel prediction coefficient (step S301). ). The LASSO solution calculation unit 502 solves the optimization problem for each of the divided single-pixel prediction coefficients using a LASSO solver such as LARS. The LASSO solution calculation unit 502 outputs all the combinations of the prediction error reduction rate, the single upper limit, and the single pixel prediction coefficient to the L0 norm change point extraction unit 503 (step S302).

L0ノルム変化点抽出部503は、得られた予測誤差削減率、単一上限及び単画素予測係数の組の全てを用いて、全ての予測誤差削減率及びL0ノルムの変化量を算出し、リストとしてまとめる。L0ノルム変化点抽出部503は、算出したリストをLASSOソルバごとにL0ノルム変化点統合部504に出力する(ステップS303)。 The L0 norm change point extraction unit 503 calculates all the prediction error reduction rates and the change amounts of the L0 norm using all of the obtained combinations of the prediction error reduction rate, the single upper limit, and the single pixel prediction coefficient, and the list Summarize as. The L0 norm change point extraction unit 503 outputs the calculated list to the L0 norm change point integration unit 504 for each LASSO solver (step S303).

L0ノルム変化点統合部504は、LASSOソルバごとに算出されたリストを全て統合し、統合リストを作成する(ステップS304)。L0ノルム変化点統合部504は、予測誤差削減率とL0ノルムの変分との組の統合リストを、予測誤差削減率が大きい順に並び替える(ステップS305)。予測誤差削減率更新部509は、L0ノルム総和上限の制約条件を満たし、最小の予測誤差削減率を記録するための予測誤差削減率記憶部510を初期化する。L0ノルム更新部506は、全予測係数L0ノルムの総和を記録するためのL0ノルム記憶部507を初期化する(ステップS306)。 The L0 norm change point integration unit 504 integrates all the lists calculated for each LASSO solver to create an integrated list (step S304). The L0 norm change point integration unit 504 rearranges the integrated list of pairs of the prediction error reduction rate and the variation of the L0 norm in descending order of the prediction error reduction rate (step S305). The prediction error reduction rate updating unit 509 satisfies the constraint condition of the L0 norm sum total upper limit and initializes the prediction error reduction rate storage unit 510 for recording the minimum prediction error reduction rate. The L0 norm updating unit 506 initializes the L0 norm storage unit 507 for recording the sum of all prediction coefficient L0 norms (step S306).

終了判定部505は、統合リスト内が空になるまで、ステップS308からステップS312までを反復させる。すなわち、終了判定部505は、統合リスト内が空であるか否かを判定する(ステップS307)。統合リスト内が空である場合(ステップS307:YES)、終了判定部505は、ステップS313に処理を進める。統合リストが空ではなく要素が含まれている場合(ステップS307:NO)、L0ノルム更新部506は、取得された統合リストの中から予測誤差削減率が最大である組Tを選択する(ステップS308)。 The end determination unit 505 repeats steps S308 to S312 until the integrated list becomes empty. That is, the end determination unit 505 determines whether or not the integrated list is empty (step S307). When the integrated list is empty (step S307: YES), the end determination unit 505 advances the process to step S313. When the integrated list is not empty and includes an element (step S307: NO), the L0 norm updating unit 506 selects the set T having the maximum prediction error reduction rate from the acquired integrated list (step S307). S308).

L0ノルム更新部506は、予測係数全体のL0ノルムをL0ノルム記憶部507から取得する。L0ノルム更新部506は、予測誤差削減率が最大である組TにおけるL0ノルムの変化量(変分)を、予測係数全体のL0ノルムに加算する(ステップS309)。準拠判定部508は、L0ノルム記憶部507に記憶されているL0ノルムの総和がL0ノルム総和上限以下であるか否か判定する(ステップS310)。 The L0 norm updating unit 506 acquires the L0 norm of all prediction coefficients from the L0 norm storage unit 507. The L0 norm updating unit 506 adds the change amount (variation) of the L0 norm in the set T having the maximum prediction error reduction rate to the L0 norm of all prediction coefficients (step S309). The compliance determination unit 508 determines whether or not the sum of the L0 norms stored in the L0 norm storage unit 507 is less than or equal to the L0 norm sum total upper limit (step S310).

L0ノルムの総和がL0ノルム総和上限を超えている場合(ステップS310:NO)、準拠判定部508は、ステップS312に処理を進める。L0ノルムの総和がL0ノルム総和上限以下である場合(ステップS310:YES)、予測誤差削減率更新部509は、統合リスト内で最大の予測誤差削減率を持つ組Tにおける予測誤差削減率を、予測誤差削減率記憶部510に記録する(ステップS311)。予測誤差削減率更新部509は、統合リスト内で最大の予測誤差削減率を持つ組Tを、統合リストから削除する(ステップS312)。LASSO解算出部502は、予測誤差削減率Eoptを取得し、予測誤差削減率がEoptとなる単画素予測係数を導出する(ステップS313)。 If the sum of the L0 norms exceeds the L0 norm sum upper limit (step S310: NO), the compliance determination unit 508 advances the process to step S312. When the sum of the L0 norms is less than or equal to the L0 norm sum upper limit (step S310: YES), the prediction error reduction rate updating unit 509 sets the prediction error reduction rate in the set T having the maximum prediction error reduction rate in the integrated list as It records in the prediction error reduction rate storage unit 510 (step S311). The prediction error reduction rate updating unit 509 deletes the set T having the largest prediction error reduction rate in the integrated list from the integrated list (step S312). LASSO solution calculating section 502 obtains the prediction error reduction rate E opt, to derive a single pixel prediction coefficient prediction error reduction rate is E opt (step S313).

本発明の実施形態では、イントラ予測部102がイントラ予測係数生成部302を有している点が、従来技術にない特徴である。イントラ予測部102とイントラ予測部102aとの比較のため、従来技術におけるイントラ予測部102aの詳細な構成及び動作を示す。 In the embodiment of the present invention, the intra-prediction unit 102 has the intra-prediction coefficient generation unit 302, which is a characteristic that the prior art does not have. For comparison between the intra prediction unit 102 and the intra prediction unit 102a, a detailed configuration and operation of the intra prediction unit 102a in the related art will be shown.

次に、比較のため、従来技術における動画像符号化装置のイントラ予測部102aの詳細な構成を図17に示す。
図17は、従来技術における、イントラ予測部102aの詳細な構成の例を示すブロック図である。イントラ予測部102aは、イントラ予測処理部601と、イントラ予測情報記憶部602と、イントラ予測情報選択部603と、イントラ予測係数記憶部604とを備える。
Next, for comparison, FIG. 17 shows a detailed configuration of the intra prediction unit 102a of the moving image encoding device in the related art.
FIG. 17 is a block diagram showing an example of a detailed configuration of the intra prediction unit 102a in the conventional technique. The intra prediction unit 102a includes an intra prediction processing unit 601, an intra prediction information storage unit 602, an intra prediction information selection unit 603, and an intra prediction coefficient storage unit 604.

イントラ予測処理部601は、イントラ予測係数記憶部604から予測係数を取得し、符号化対象の映像信号を取得し、イントラ予測を実行することで予測映像信号を出力する。また、イントラ予測処理部601は、各予測ブロックが属するクラス番号を選択し、イントラ予測情報記憶部602に出力する。 The intra prediction processing unit 601 acquires the prediction coefficient from the intra prediction coefficient storage unit 604, acquires the video signal to be encoded, and outputs the predicted video signal by executing intra prediction. Further, the intra prediction processing unit 601 selects the class number to which each prediction block belongs, and outputs it to the intra prediction information storage unit 602.

イントラ予測情報記憶部602は、イントラ予測処理部601から出力されたイントラ予測情報を取得する。イントラ予測情報記憶部602は、圧縮及び伝送が必要であるイントラ予測情報を、エントロピー符号化処理部105に出力する。イントラ予測情報選択部603は、イントラ予測情報記憶部602に記憶されているイントラ予測情報から、イントラ予測情報を選択する。イントラ予測係数記憶部604は、イントラ予測係数記憶部604の記憶領域に記憶されているイントラ予測係数を、イントラ予測処理部601に出力する。 The intra prediction information storage unit 602 acquires the intra prediction information output from the intra prediction processing unit 601. The intra prediction information storage unit 602 outputs the intra prediction information that needs to be compressed and transmitted to the entropy coding processing unit 105. The intra prediction information selection unit 603 selects intra prediction information from the intra prediction information stored in the intra prediction information storage unit 602. The intra prediction coefficient storage unit 604 outputs the intra prediction coefficient stored in the storage area of the intra prediction coefficient storage unit 604 to the intra prediction processing unit 601.

次に、従来技術における動画像符号化装置に関して、図17に示すイントラ予測部102aの処理動作を図18に示す。
図18は、従来技術における、図17に示すイントラ予測部102aの詳細な動作の例を示すフローチャートである。イントラ予測処理部601は、イントラ予測係数記憶部604の記憶領域に記憶されているイントラ予測係数を取得する(ステップS401)。イントラ予測処理部601は、全ての予測ブロックに対する処理が終わるまで、ステップS403からステップS405までの処理を反復する。イントラ予測処理部601は、全ての予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了したか否かを判定する(ステップS402)。
Next, FIG. 18 illustrates a processing operation of the intra prediction unit 102a illustrated in FIG. 17 regarding the moving image encoding device according to the related art.
FIG. 18 is a flowchart showing an example of detailed operation of the intra prediction unit 102a shown in FIG. 17 in the conventional technique. The intra prediction processing unit 601 acquires the intra prediction coefficient stored in the storage area of the intra prediction coefficient storage unit 604 (step S401). The intra prediction processing unit 601 repeats the processing from step S403 to step S405 until the processing for all the prediction blocks is completed. The intra-prediction processing unit 601 determines whether or not the intra-prediction processing has been completed for all prediction blocks (step S402).

いずれかの予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了していない場合(ステップS402:NO)、イントラ予測処理部601は、各予測ブロックが属するクラス番号であるイントラ予測情報を、符号量が最小となるよう決定する(ステップS403)。イントラ予測処理部601は、決定されたクラス番号に属するイントラ予測係数を用いて、イントラ予測を実行し、予測映像信号を出力する。すなわち、イントラ予測処理部601は、予測ブロックごとにイントラ予測処理を実行する(ステップS404)。 When the intra prediction process regarding any prediction block is not completed (step S402: NO), the intra prediction processing unit 601 sets the intra prediction information, which is the class number to which each prediction block belongs, so that the code amount becomes the minimum. It is determined (step S403). The intra-prediction processing unit 601 executes intra-prediction using the intra-prediction coefficient belonging to the determined class number, and outputs a predicted video signal. That is, the intra prediction processing unit 601 executes intra prediction processing for each prediction block (step S404).

イントラ予測処理部601は、ステップS403において定められたイントラ予測情報を圧縮及び伝送するため、イントラ予測情報をイントラ予測情報記憶部602へ記録する(ステップS405)。全ての予測ブロックに関するイントラ予測処理が終了していない場合(ステップS402:YES)、イントラ予測処理部601は、処理を終了する。 The intra prediction processing unit 601 records the intra prediction information in the intra prediction information storage unit 602 in order to compress and transmit the intra prediction information determined in step S403 (step S405). When the intra prediction process regarding all the prediction blocks is not completed (step S402: YES), the intra prediction processing unit 601 ends the process.

以上のように、実施形態の線形予測係数出力装置は、予測対象のデジタル信号と予測されたデジタル信号との差分である予測誤差について、空間的な相関を利用する線形予測に用いられる係数である予測係数の絶対値和の総和が上限値を満たすという制約条件の下で予測誤差の二乗和を最小化する線形予測器を用いて予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数を出力する。イントラ予測部102は、予測係数決定部として、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の一部であり1次元のデジタル信号の予測係数である単信号予測係数の集合のうち制約条件を満たす単信号予測係数の集合を、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と定める。イントラ予測部102は、上限決定部として、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和に基づいて上限値を定める。イントラ予測部102は、予測係数出力部として、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と上限値とを出力する。 As described above, the linear prediction coefficient output device according to the embodiment is a coefficient used for linear prediction that utilizes spatial correlation for a prediction error that is a difference between a prediction target digital signal and a predicted digital signal. Output the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted using a linear predictor that minimizes the sum of squared prediction errors under the constraint that the sum of the absolute sums of prediction coefficients satisfies the upper limit .. The intra prediction unit 102 serves as a prediction coefficient determination unit, which is a part of the prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted and is a constraint condition in the set of single-signal prediction coefficients that is a prediction coefficient of a one-dimensional digital signal. A set of single signal prediction coefficients that satisfy the above is defined as prediction coefficients for linearly predicting a digital signal to be predicted. The intra prediction unit 102 determines, as an upper limit determination unit, an upper limit value based on the sum of the number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting a digital signal to be predicted. The intra prediction unit 102 outputs, as a prediction coefficient output unit, a prediction coefficient for linearly predicting a digital signal to be predicted and an upper limit value.

これによって、実施形態の線形予測係数出力装置は、イントラ予測においてクラス数と予測ブロック内の画素数とが1よりも大きな値であるという制約条件の下でも、式(5)に示す条件に制約条件を緩和した最適化問題を効率的に求解することが可能である。実施形態の線形予測係数出力装置は、式(5)に示す条件に制約条件を緩和した最適化問題を効率的に求解することで、信号特性に適合したイントラ予測を実行することが可能である。 As a result, the linear prediction coefficient output device according to the embodiment is constrained to the condition shown in Expression (5) even under the constraint condition that the number of classes and the number of pixels in a prediction block are values greater than 1 in intra prediction. It is possible to efficiently solve an optimization problem with relaxed conditions. The linear prediction coefficient output device of the embodiment can efficiently perform an intra-prediction suitable for a signal characteristic by efficiently solving an optimization problem in which the constraint condition is relaxed in the condition shown in Expression (5). ..

また、従来の最適化問題の求解には、直感的なスパース性制御を与えるため、全予測係数のL0ノルムの制約上限の設定が困難であるという課題もある。L1ノルム総和上限による制約はスパース性を与えるために必要なパラメータである一方、符号量制御を行う観点から、直感的に正しいL1ノルム総和上限を与えることが困難である。この課題に対して、実施形態の線形予測係数出力装置は、式(5)に示す条件に制約条件を緩和した最適化問題のスパース性制御にL0ノルムの上限を直接指定することで、ユーザがスパース性をより容易に制御可能である。 Further, in the conventional solution of the optimization problem, since intuitive sparseness control is given, there is a problem that it is difficult to set the constraint upper limit of the L0 norm of all prediction coefficients. While the constraint by the L1 norm sum total upper limit is a parameter required to give sparseness, it is difficult to give an intuitively correct L1 norm sum total upper limit from the viewpoint of controlling the code amount. To solve this problem, the linear prediction coefficient output device of the embodiment allows the user to directly specify the upper limit of the L0 norm for the sparsity control of the optimization problem in which the constraint condition is relaxed in the condition shown in Expression (5). The sparsity can be controlled more easily.

また、実施形態の線形予測係数出力装置は、デジタル信号に対する線形予測を実行するためのスパース性(非零値の係数がまばらに存在すること)を有する予測係数を、効率的に出力することが可能である。実施形態では、デジタル信号とは、映像符号化の場合、画素集合の信号である。単信号(1次元の信号)は、映像符号化の場合、単画素の信号である。なお、映像符号化の場合、デジタル信号を分割するとは、ブロック分割することである。 Further, the linear prediction coefficient output device according to the embodiment can efficiently output a prediction coefficient having sparseness (non-zero-valued coefficients exist sparsely) for performing linear prediction on a digital signal. It is possible. In the embodiment, the digital signal is a signal of a pixel set in the case of video coding. A single signal (one-dimensional signal) is a single pixel signal in the case of video coding. In the case of video coding, dividing a digital signal means dividing into blocks.

実施形態のL0ノルム変化点抽出部503は、制約条件を満たす単信号予測係数の集合における単信号予測係数の絶対値和の上限値の増加量と予測誤差の二乗和の減少量との比である予測誤差削減率のうち、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数であるL0ノルムの変化量が1である予測誤差削減率とL0ノルムの変分との組が列挙されたリストを単信号予測係数ごとに出力する。実施形態のL0ノルム変化点統合部504は、列挙された全ての予測誤差削減率とL0ノルムの変分との組が統合されたリストである統合リストを出力する。実施形態の予測誤差削減率更新部509は、予測誤差削減率が大きい順に組を統合リストから選択し、組ごとにL0ノルムの変分の累積和を算出することで、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体のL0ノルムを算出する。実施形態の予測誤差削減率更新部509は、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体のL0ノルムが予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和以下である場合、組の一方の予測誤差削減率を、予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の予測誤差削減率と定める。 The L0 norm change point extraction unit 503 of the embodiment uses the ratio between the increase amount of the upper limit value of the absolute value sum of the single signal prediction coefficients and the decrease amount of the sum of squares of the prediction errors in the set of single signal prediction coefficients that satisfy the constraint condition. Of the certain prediction error reduction rates, the prediction error reduction rate and L0 having a change amount of 1 of the L0 norm, which is the number of non-zero-valued coefficients that can be set as the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted, and L0 A list listing the norm variation and the set is output for each single signal prediction coefficient. The L0 norm change point integration unit 504 of the embodiment outputs an integrated list that is a list in which all the sets of the prediction error reduction rates listed and the variation of the L0 norm are integrated. The prediction error reduction rate updating unit 509 of the embodiment selects a group from the integrated list in the descending order of the prediction error reduction rate and calculates the cumulative sum of the variation of the L0 norm for each group to determine the prediction target digital signal. The entire L0 norm of prediction coefficients for linear prediction is calculated. In the prediction error reduction rate update unit 509 of the embodiment, the entire L0 norm of the prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted can be set as the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted. If it is less than or equal to the total number of zero-valued coefficients, one prediction error reduction rate of the set is defined as the overall prediction error reduction rate of the prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted.

なお、本発明の実施形態における0でない係数を少なくするというのは手段の一つにすぎず、係る予測器に限定するものではない。本発明の実施形態による線形予測係数出力装置は音声など他のメディアの符号化や、工数や稼働の管理システム等様々な分野に適用可能である。その際0でない係数を少なくする、という条件は適用する分野に応じて設定すればよい。 It should be noted that reducing the non-zero coefficient in the embodiment of the present invention is only one of the means, and is not limited to such a predictor. The linear prediction coefficient output device according to the embodiment of the present invention can be applied to various fields such as encoding of other media such as voice, management system of man-hours and operation. At this time, the condition that the number of non-zero coefficients is reduced may be set according to the field to which it is applied.

上述した実施形態における線形予測係数出力装置の少なくとも一部をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、OSや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、FPGA(Field Programmable Gate Array)等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。 You may make it implement|achieve at least one part of the linear prediction coefficient output device in the above-mentioned embodiment with a computer. In that case, the program for realizing this function may be recorded in a computer-readable recording medium, and the program recorded in this recording medium may be read by a computer system and executed. The “computer system” mentioned here includes an OS and hardware such as peripheral devices. The "computer-readable recording medium" refers to a portable medium such as a flexible disk, a magneto-optical disk, a ROM, a CD-ROM, or a storage device such as a hard disk built in a computer system. Further, the "computer-readable recording medium" means to hold a program dynamically for a short time like a communication line when transmitting the program through a network such as the Internet or a communication line such as a telephone line. In this case, a volatile memory inside a computer system that serves as a server or a client in that case may hold a program for a certain period of time. Further, the program may be for realizing some of the functions described above, or may be one that can realize the functions described above in combination with a program already recorded in a computer system, It may be realized using a programmable logic device such as FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and includes a design and the like within a range not departing from the gist of the present invention.

本発明は、イントラ予測においてクラス数と予測ブロック内の画素数とが1よりも大きな値であるという制約条件の下でも最適化問題を効率的に求解することで、信号特性に適合したイントラ予測を可能にすることが不可欠な用途に適用できる。 The present invention efficiently solves an optimization problem even under the constraint that the number of classes and the number of pixels in a prediction block are larger than 1 in intra prediction, and thus intra prediction adapted to signal characteristics is performed. It can be applied to applications in which it is essential.

100…動画像符号化装置、101…フレームメモリ、102…イントラ予測部、102a…イントラ予測部、103…インター予測部、104…予測残差信号生成部、105…エントロピー符号化処理部、200…動画像復号装置、201…エントロピー復号処理部、202…イントラ予測部、203…インター予測部、204…復号信号生成部、205…フレームメモリ、301…イントラ予測係数初期化部、302…イントラ予測係数生成部、303…イントラ予測係数記憶部、304…イントラ予測処理部、305…イントラ予測情報記憶部、401…イントラ予測係数記憶部、402…イントラ予測情報記憶部、403…イントラ予測処理部、501…イントラ予測情報分割部、502…LASSO解算出部、503…L0ノルム変化点抽出部、504…L0ノルム変化点統合部、505…終了判定部、506…L0ノルム更新部、507…L0ノルム記憶部、508…準拠判定部、509…予測誤差削減率更新部、510…予測誤差削減率記憶部、511…L0ノルム変化点リスト更新部、601…イントラ予測処理部、602…イントラ予測情報記憶部、603…イントラ予測情報選択部、604…イントラ予測係数記憶部、1000…領域、1100…領域 100... Moving picture coding device, 101... Frame memory, 102... Intra prediction unit, 102a... Intra prediction unit, 103... Inter prediction unit, 104... Prediction residual signal generation unit, 105... Entropy coding processing unit, 200... Moving picture decoding device, 201... Entropy decoding processing unit, 202... Intra prediction unit, 203... Inter prediction unit, 204... Decoded signal generation unit, 205... Frame memory, 301... Intra prediction coefficient initialization unit, 302... Intra prediction coefficient Generation unit, 303... Intra prediction coefficient storage unit, 304... Intra prediction processing unit, 305... Intra prediction information storage unit, 401... Intra prediction coefficient storage unit, 402... Intra prediction information storage unit, 403... Intra prediction processing unit, 501 Intra prediction information division unit, 502... LASSO solution calculation unit, 503... L0 norm change point extraction unit, 504... L0 norm change point integration unit, 505... End determination unit, 506... L0 norm update unit, 507... L0 norm storage 508... Compliance determination unit, 509... Prediction error reduction rate update unit, 510... Prediction error reduction rate storage unit, 511... L0 norm change point list update unit, 601,... Intra prediction processing unit, 602... Intra prediction information storage unit , 603... Intra prediction information selection unit, 604... Intra prediction coefficient storage unit, 1000... Region, 1100... Region

Claims (4)

予測対象のデジタル信号と予測されたデジタル信号との差分である予測誤差について、線形予測に用いられる係数である予測係数の絶対値和の総和が上限値を満たすという制約条件の下で前記予測誤差の二乗和を最小化する線形予測器を用いて前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数を出力する線形予測係数出力装置が実行する線形予測係数出力方法であって、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の一部であり1次元のデジタル信号の予測係数である単信号予測係数の集合のうち前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と定めるステップと、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和に基づいて前記上限値を定めるステップと、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と前記上限値とを出力するステップと
前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合における前記単信号予測係数の絶対値和の上限値の増加量と前記予測誤差の二乗和の減少量との比である予測誤差削減率のうち、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数であるL0ノルムの変化量が1である前記予測誤差削減率と前記L0ノルムの変分との組が列挙されたリストを前記単信号予測係数ごとに出力するステップと、
列挙された全ての前記予測誤差削減率と前記L0ノルムの変分との組が統合されたリストである統合リストを出力するステップと、
前記予測誤差削減率が大きい順に前記組を前記統合リストから選択し、前記組ごとに前記L0ノルムの変分の累積和を算出することで、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記L0ノルムを算出するステップと、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記L0ノルムが前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和以下である場合、前記組の一方の前記予測誤差削減率を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記予測誤差削減率と定めるステップと
を含む線形予測係数出力方法。
Regarding the prediction error that is the difference between the prediction target digital signal and the predicted digital signal, the prediction error is under the constraint that the sum of the absolute value sums of the prediction coefficients that are coefficients used for linear prediction satisfies the upper limit value. A linear prediction coefficient output method executed by a linear prediction coefficient output device that outputs a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted using a linear predictor that minimizes the sum of squares of
A set of single-signal prediction coefficients satisfying the constraint condition among a set of single-signal prediction coefficients that are a part of prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted and are prediction coefficients of a one-dimensional digital signal. Determining a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted,
Determining the upper limit value based on the total number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted,
Outputting a prediction coefficient and the upper limit value for linearly predicting the digital signal to be predicted ,
Of the prediction error reduction rate that is the ratio of the increase amount of the upper limit value of the absolute value sum of the single signal prediction coefficients in the set of the single signal prediction coefficients satisfying the constraint conditions and the decrease amount of the square sum of the prediction error, The prediction error reduction rate and the variation of the L0 norm in which the amount of change in the L0 norm, which is the number of non-zero-valued coefficients that can be set as the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted, is 1 Outputting a list in which each set of
Outputting an integrated list that is an integrated list of all the sets of the prediction error reduction rates and the variation of the L0 norm listed;
Prediction for linearly predicting the prediction target digital signal by selecting the group from the integrated list in the descending order of the prediction error reduction rate and calculating the cumulative sum of the variation of the L0 norm for each group. Calculating the L0 norm of all of the coefficients,
The total L0 norm of the prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal is equal to or less than the total number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal. In the above case, the prediction error reduction rate of one of the sets is determined as the prediction error reduction rate of all prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted .
前記予測されたデジタル信号は、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と符号化の際に参照されるデジタル信号との行列積である、請求項1に記載の線形予測係数出力方法。 The predicted digital signal, the digital signal of the prediction target is a matrix product of a digital signal which is referred in the prediction coefficients and coding for linear prediction, linear prediction coefficients output according to claim 1 Method. 予測対象のデジタル信号と予測されたデジタル信号との差分である予測誤差について、空間的な相関を利用する線形予測に用いられる係数である予測係数の絶対値和の総和が上限値を満たすという制約条件の下で前記予測誤差の二乗和を最小化する線形予測器を用いて前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数を出力する線形予測係数出力装置であって、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の一部であり1次元のデジタル信号の予測係数である単信号予測係数の集合のうち前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と定める予測係数決定部と、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和に基づいて前記上限値を定める上限決定部と、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数と前記上限値とを出力する予測係数出力部と
前記制約条件を満たす前記単信号予測係数の集合における前記単信号予測係数の絶対値和の上限値の増加量と前記予測誤差の二乗和の減少量との比である予測誤差削減率のうち、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数であるL0ノルムの変化量が1である前記予測誤差削減率と前記L0ノルムの変分との組が列挙されたリストを前記単信号予測係数ごとに出力するL0ノルム変化点抽出部と、
列挙された全ての前記予測誤差削減率と前記L0ノルムの変分との組が統合されたリストである統合リストを出力するL0ノルム変化点統合部と、
前記予測誤差削減率が大きい順に前記組を前記統合リストから選択し、前記組ごとに前記L0ノルムの変分の累積和を算出することで、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記L0ノルムを算出する予測誤差削減率更新部と、
前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記L0ノルムが前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数に設定可能である非零値の係数の個数の総和以下である場合、前記組の一方の前記予測誤差削減率を、前記予測対象のデジタル信号を線形予測するための予測係数の全体の前記予測誤差削減率と定める予測誤差削減率更新部と
を備える線形予測係数出力装置。
Regarding the prediction error, which is the difference between the digital signal to be predicted and the predicted digital signal, the constraint that the sum of the absolute value sums of the prediction coefficients, which are the coefficients used for linear prediction using spatial correlation, satisfies the upper limit value. A linear prediction coefficient output device that outputs a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal of the prediction target using a linear predictor that minimizes the sum of squares of the prediction error under a condition,
A set of single-signal prediction coefficients satisfying the constraint condition among a set of single-signal prediction coefficients that are a part of prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted and are prediction coefficients of a one-dimensional digital signal. A prediction coefficient determination unit that defines a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted,
An upper limit determination unit that determines the upper limit value based on the total number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting the digital signal to be predicted,
A prediction coefficient output unit that outputs a prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted and the upper limit value ,
Of the prediction error reduction rate that is the ratio of the increase amount of the upper limit value of the absolute value sum of the single signal prediction coefficients in the set of the single signal prediction coefficients satisfying the constraint conditions and the decrease amount of the square sum of the prediction error, The prediction error reduction rate and the variation of the L0 norm in which the amount of change in the L0 norm, which is the number of non-zero-valued coefficients that can be set as the prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted, is 1 An L0 norm change point extraction unit that outputs a list in which each set is listed for each single signal prediction coefficient,
An L0 norm change point consolidator that outputs an integrated list that is a list in which all combinations of the listed prediction error reduction rates and the variations of the L0 norm are integrated;
Prediction for linearly predicting the prediction target digital signal by selecting the group from the integrated list in the descending order of the prediction error reduction rate and calculating the cumulative sum of the variation of the L0 norm for each group. A prediction error reduction rate updating unit that calculates the L0 norm of all coefficients,
The total L0 norm of the prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal is equal to or less than the total number of non-zero-valued coefficients that can be set as prediction coefficients for linearly predicting the prediction target digital signal. And a prediction error reduction rate updating unit that defines the prediction error reduction rate of one of the sets as the prediction error reduction rate of the entire prediction coefficient for linearly predicting the digital signal to be predicted. Prediction coefficient output device.
請求項1又は請求項に記載の線形予測係数出力方法をコンピュータに実行させるための線形予測係数出力プログラム。 A linear prediction coefficient output program for causing a computer to execute the linear prediction coefficient output method according to claim 1 or 2 .
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