CN102132569A - 图像编码装置、图像编码方法和摄像系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像编码装置(25)，其根据同一输入图像数据来生成多个编码数据，该图像编码装置(25)具备：动态图像编码处理部(60)，其对图像数据进行压缩编码；代码量检测部(81)，其检测生成的第1编码数据的代码量；变换表(82)，其为了以检测出的第1编码数据的代码量为基准由动态图像编码处理部(60)生成第2以后的编码数据，而决定应与量子化参数相乘的乘数；代码量控制部(83)，其根据决定的乘数，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数。

Description

图像编码装置、图像编码方法和摄像系统
技术领域
本发明涉及对图像数据进行压缩编码的图像编码装置和图像编码方法。此外，涉及摄像系统。
背景技术
伴随数字静像摄像机和数字视频摄像机的普及，作为图像数据的压缩编码技术的JPEG(Joint Photographic Experts Group)和MPEG(MovingPicture Experts Group)得到了广泛的普及。此外，因特网等网络迅速普及，包括监控摄像机的网络摄像机和视频电话表现出了很大的发展。但是，随着网络频带变宽，一次被连接的用户也增加，因此能够发送接收的数据量受到限制。因此，各公司正在研究削减数据量的控制方法。
根据某以往技术，多个编码处理部中的压缩编码处理的开始定时以帧为单位被进行偏移控制，以减少在根据同一输入图像数据来生成比特率不同的多个编码数据的情况下产生的数据量的偏差。复用处理部，根据由多个编码处理部在单位时间内生成的各编码数据的代码量，在单位时间内均匀地隔开间隔来进行发送(参照专利文献1)。
专利文献1：JP特开2004-140651号公报
在以往的图像编码装置中，由编码处理部生成的编码数据，在代码量检测部中被检测代码量，检测出的代码量与预先设定的目标代码量进行比较，在超过了目标代码量的情况下，以量子化系数变小，而且被评价为0的系数增加的方式来设定量子化表。然后，通过使用重新设定的量子化表将数据量子化，对量子化后的数据进行编码，与目标代码量进行比较，并反复直到小于规定的目标代码量为止，由此来减少数据量。因此，量子化表的更新、量子化、编码被反复，在数据传送中产生了延迟或动态图像的帧速率恶化。
具体来说，在网络摄像机等中由于突然的图像变化(人物进入)等，而代码对象数据增加，从而代码量急剧增加，在超过了目标代码量的情况下，产生了丢帧等。
发明内容
本发明的一个目的在于，为了解决上述问题点，提供一种通过减少进行量子化的次数，能够实现压缩编码处理的高速化的图像编码装置和其方法。
为了达成上述目的，本发明采用了如下结构，在根据同一输入图像数据来生成多个编码数据的图像编码装置中，具备：图像编码处理部，其对图像数据进行压缩编码；代码量检测部，其检测生成的第1编码数据的代码量；和代码量控制部，其根据来自该代码量检测部的代码量，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数。
若还具备变换表，则代码量控制部能够根据决定的乘数，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数，所述变换表为了以检测出的第1编码数据的代码量为基准由图像编码处理部生成第2以后的编码数据，而决定应与量子化参数相乘的乘数。
由此，通过用变换表来决定用于以第1编码数据的代码量为基准生成第2以后的编码数据的量子化参数的乘数，并且根据决定的乘数，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数，能够在实施用于第2以后的编码数据的生成的量子化和编码之前，减少生成的代码量。
此外，本发明所涉及的图像编码装置具有用代码量检测部来检测第2以后的编码数据的代码量的功能。由此，在第3以后的编码数据的生成时，能够根据第1或第2编码数据的代码量来决定适当的量子化参数。
根据本发明，因为在实施量子化和编码之前，事先控制量子化参数，所以能够削减处理次数，能够将图像数据的压缩编码高速化。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式中的摄像系统的结构的模块图。
图2是表示图1中的图像编码装置的实施方式的模块图。
图3是表示图1中的图像编码装置的另一实施方式的模块图。
图4是表示用图2和图3的结构得到的DCT(discrete cosine transform)系数的一个例子的图。
图5的(a)、(b)和(c)是分别表示图3的结构中的变换表的具体例的图。
图6是表示图3的结构中的编码顺序例的定时图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本发明的实施方式中的摄像系统(例如网络摄像机)20的结构的模块图。在图1中，21是光学系统，22是图像传感器，23是模拟/数字变换器(ADC)，24是信号处理电路，25是图像编码装置，26是记录传送电路，27是系统控制电路，28是定时控制电路，29是网络接口电路。30是接收系统。图1的摄像系统20的整体由系统控制电路27来控制。
在图1的摄像系统20中，通过光学系统21而入射的被摄体像成像于图像传感器22上。图像传感器22通过被定时控制电路28驱动，由此累积被成像的被摄体像的光学数据，并向电信号进行光电变换。从图像传感器22中读出的电信号被ADC23变换为数字信号后，被输入到包括图像编码装置25的信号处理电路24中。在该信号处理电路24中，进行Y/C分离处理、边缘处理、图像的放大缩小处理、使用了本发明的压缩编码处理等图像处理。进行了图像处理后的图像数据，在记录传送电路26中进行向介质的记录或向网络的传送。被传送的图像数据通过网络接口电路29向接收系统30发送。
图2是表示图1中的图像编码装置25的JPEG中的实施方式的模块图。图2的图像编码装置25具备：静止图像编码处理部40；代码量检测部51；变换表52；和代码量控制部53。其中静止图像编码处理部40具备：DCT部41，其依次输入构成1个模块的8×8个像素数据作为输入图像数据IN，并对该像素数据进行正交变换；量子化部42，其对来自该DCT部41的正交变换数据进行量子化；和可变长编码部43，其对来自该量子化部42的量子化数据进行编码，来提供输出编码数据OUT。
图3是表示图1中的图像编码装置25的MPEG中的实施方式的模块图。图3的图像编码装置25具备：动态图像编码处理部60；代码量检测部81；变换表82；和代码量控制部83。其中动态图像编码处理部60具备：预测误差生成部61；DCT部62；量子化部63；可变长编码部64；反量子化部65；反DCT部66；重构图像生成部67；帧存储器68；运动检测部69；运动补偿部70；运动向量编码部71；和复用部72，依次输入构成1个模块的8×8个像素数据作为输入图像数据IN，并从复用部72得到输出编码数据OUT。
图4是表示用图2和图3的结构得到的DCT系数的一个例子的图。一般在自然图像中，大部分颜色的变化较为平滑。因此，在通过进行正交变换而生成的图4所示的那种DCT系数分布中，在低频区域M集中了具有较大值的DCT系数，在高频区域N中分布了具有较小值的DCT系数。
根据图2的结构，用DCT部41能够得到图4所示的那种DCT系数。量子化部42通过DCT系数除以预先设定于量子化表中的量子化参数，来生成量子化系数。通过进行这样的处理，能够使针对不产生画质上的影响的高频区域N的值成为0(零)，并且使量子化系数集中于低频区域M。接下来，在可变长编码部43中，通过根据值为0(零)的数据的个数与量子化系数的值的组合的出现率，分配长度不同的代码字，来实现图像数据的压缩编码。
而且，由可变长编码部43得到的编码数据被输入到代码量检测部51中，其代码量被求出。代码量控制部53根据用代码量检测部51求出的代码量，通过变换表52来计算量子化参数的乘数，并根据该乘数来决定量子化参数。
另一方面，根据图3的结构，使用了帧内相关的编码或使用了帧间相关的编码被实施，能够得到I图片(I picture)、P图片以及B图片。
在I图片的情况下，来自量子化部63的输出也被输入到反量子化部65中，之后经过反DCT部66被送往重构图像生成部67。在该重构图像生成部67中，运动补偿部70的结果也被同时输入。若为帧间相关的模块，则两输入数据被相加，其结果被写入帧存储器68中，但因为在I图片的情况下只为帧内相关，所以运动补偿部70的结果不被输入。因此，从反DCT部66送来的数据被原样写入帧存储器68中。将该被送往帧存储器68的图像数据称作重构图像，并作为P图片或B图片时的参照图像来使用。
在P图片和B图片的情况下，图像数据以模块为单位被输入，并被送往预测误差生成部61和运动检测部69。运动检测部69接收输入图像数据，从帧存储器68中读出与输入图像数据位于同一空间位置的附近像素数据，并进行求出与输入图像数据的相关度最高的像素位置的运动搜索。然后，在运动检测部69中，在将相关度最高的图像数据作为搜索出的参照图像数据送往运动补偿部70的同时，将表示其位置的运动向量送往运动向量编码部71。在此，在选择了帧内相关编码的情况下，以后的编码处理与I图片时相同。在选择了帧间相关编码的情况下，参照图像数据经由运动补偿部70被送往预测误差生成部61，并取得与输入图像数据的差分，输出到DCT部62。在可变长编码部64中，对量子化后的图像数据进行编码，与此同时，与在运动向量编码部71中被编码后的运动向量的数据一起从复用部72中被输出。
图5(a)是表示图3的结构中的变换表82的具体例的图。图5(a)的变换表82表示在假设「H.264/60fps」的编码(将此称作第1编码。)的情况为1的情况下，在H.264的其他帧速率时，MPEG-4、MPEG-2的各自的帧速率时，应与第1编码的量子化参数(第1量子化参数)相乘的乘数的值。
在图3中，由可变长编码部64得到的编码数据被输入到代码量检测部81中，其代码量被求出。代码量控制部83根据用代码量检测部81求出的代码量，通过图5(a)所示的变换表82来计算针对第1量子化参数的乘数，并根据该乘数来决定量子化参数。
图6是表示图3的结构中的多码流的编码顺序例的定时图。根据图6，假设「H.264/60fps」为第1编码，假设「MPEG-4/60fps」为第2编码，假设「H.264/30fps」为第3编码。根据图5(a)，在第2编码时通过选择乘数「1.2」，并将「第1量子化参数×1.2」设定为第2量子化参数，能够达成第2编码的目标代码量。此外，在第3编码时通过选择乘数「0.5」，并将「第1量子化参数×0.5」设定为第3量子化参数，能够达成第3编码的目标代码量。另外，变换表82也可以由用户改写。
通过如上述那样构成的本发明的实施方式，例如在由动态图像编码处理部60实施第2、第3编码数据的生成之前，能够把握这些编码数据的大小。也就是说，在实施量子化、编码之前，能够减少生成的代码量。
另外，虽然在上述例子中，假设作为基准的第1编码为「H.264/60fps」，但也可以为「其他编码方式/帧速率」。此外，不仅能够根据帧速率来计算乘数，而且也能够根据比特率、帧类型来计算乘数。在图5(b)中表示比特率的情况的例子。此外，在图5(c)中表示帧类型的情况的例子。
根据图5(c)，例如，在将用MPEG-2的P图片生成的代码量作为目标代码量来决定了量子化参数的情况下，在MPEG-2的I图片时生成4倍的代码量。另一方面，在量子化参数与代码量之间，反比例的关系成立。因此，在I图片的编码时，通过对P图片的情况的量子化参数乘以乘数「4」来放大为4倍，能够使由I图片生成的代码量接近目标代码量。
此外，本发明的实施方式的图像编码装置25中的图像处理，不一定只适用于基于通过光学系统21而成像于图像传感器22上的被摄体像的信号，例如在处理从外部装置作为电信号而输入的图像信号时当然也能够适用。
工业实用性
如上所述，因为本发明能够将图像的压缩编码高速化，所以在需要能够得到一定代码量的控制的图像编码装置，例如包括监控摄像机的网络摄像机、视频电话等中是有用的。
符号说明：
20摄像系统
21光学系统
22图像传感器
23模拟/数字变换器(ADC)
24信号处理电路
25图像编码装置
26记录传送电路
27系统控制电路
28定时控制电路
29网络接口电路
30接收系统
40静止图像编码处理部
41DCT部(正交变换部)
42量子化部
43可变长编码部
51代码量检测部
52变换表
53代码量控制部
60动态图像编码处理部
61预测误差生成部
62DCT部(正交变换部)
63量子化部
64可变长编码部
65反量子化部
66反DCT部(反正交变换部)
67重构图像生成部
68帧存储器
69运动检测部
70运动补偿部
71运动向量编码部
72复用部
81代码量检测部
82变换表
83代码量控制部。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.(修改后)一种图像编码装置，其根据同一输入图像数据来生成多个编码数据，具备：
图像编码处理部，其对图像数据进行压缩编码；
代码量检测部，其检测生成的第1编码数据的代码量；和
代码量控制部，其根据来自所述代码量检测部的代码量，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数，
从所述图像编码处理部输出多种编码数据。
2.(修改后)一种图像编码装置，其根据同一输入图像数据来生成多个编码数据，具备：
图像编码处理部，其对图像数据进行压缩编码；
代码量检测部，其检测生成的第1编码数据的代码量；
变换表，其为了以检测出的第1编码数据的代码量为基准由所述图像编码处理部生成第2以后的编码数据，而决定应与量子化参数相乘的乘数；和
代码量控制部，其根据决定的乘数，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数，
从所述图像编码处理部输出多种编码数据。
3.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述代码量检测部还具备检测第2以后的编码数据的代码量的功能，
所述变换表根据所述第2以后的编码数据的代码量来决定量子化参数的乘数。
4.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的编码方式来决定量子化参数的乘数。
5.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的帧速率来决定量子化参数的乘数。
6.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的帧类型来决定量子化参数的乘数。
7.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的比特率来决定量子化参数的乘数。
8.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据编码方式、帧速率、帧类型、比特率的任意一个或者这些的组合来决定量子化参数的乘数。
9.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述图像编码处理部具备：
正交变换部，其依次输入构成1个模块的像素数据，并对该像素数据进行正交变换；
量子化部，其对来自所述正交变换部的正交变换数据进行量子化；和
编码部，其对来自所述量子化部的量子化数据进行编码，
所述代码量控制部控制所述量子化部中的量子化。
10.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述图像编码处理部具备：
正交变换部，其依次输入构成1个模块的像素数据，并对该像素数据进行正交变换；
量子化部，其对来自所述正交变换部的正交变换数据进行量子化；
编码部，其对来自所述量子化部的量子化数据进行编码；
反量子化部，其对来自所述量子化部的量子化数据进行反量子化；
反正交变换部，其对来自所述反量子化部的反量子化数据进行反正交变换；
帧存储器，其存储来自所述反正交变换部的反正交变换数据；
运动检测部，其根据来自所述帧存储器的数据和当前帧的输入图像数据来进行运动检测；
运动补偿部，其根据来自所述运动检测部的运动检测结果来生成参照图像数据；和
预测误差生成部，其生成输入图像数据与来自所述运动补偿部的参照图像数据之间的差分，
所述代码量控制部控制所述量子化部中的量子化和所述反量子化部中的反量子化。
11.(修改后)一种图像编码方法，其使用图像编码装置，根据同一输入图像数据生成多个编码数据，所述图像编码方法具备：
对图像数据进行压缩编码的步骤；
检测生成的第1编码数据的代码量的步骤；
根据所述检测出的代码量，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数的步骤；和
从所述图像编码装置输出多种编码数据的步骤。
12.一种摄像系统，其具备：
信号处理电路，其包括权利要求2记载的图像编码装置来进行信号处理；
传感器，其向所述信号处理电路输出图像信号；和
光学系统，其将光成像于所述传感器。
13.根据权利要求12所述的摄像系统，其特征在于，
还具备变换器，其将从所述传感器得到的图像信号变换为数字信号并提供给所述信号处理电路。
14.根据权利要求12所述的摄像系统，其特征在于，
还具备接口电路，其将所述图像编码装置的编码数据向网络送出。

Claims (14)

1.一种图像编码装置，其根据同一输入图像数据来生成多个编码数据，具备：
图像编码处理部，其对图像数据进行压缩编码；
代码量检测部，其检测生成的第1编码数据的代码量；和
代码量控制部，其根据来自所述代码量检测部的代码量，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数。
2.一种图像编码装置，其根据同一输入图像数据来生成多个编码数据，具备：
图像编码处理部，其对图像数据进行压缩编码；
代码量检测部，其检测生成的第1编码数据的代码量；
变换表，其为了以检测出的第1编码数据的代码量为基准由所述图像编码处理部生成第2以后的编码数据，而决定应与量子化参数相乘的乘数；和
代码量控制部，其根据决定的乘数，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数。
3.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述代码量检测部还具备检测第2以后的编码数据的代码量的功能，
所述变换表根据所述第2以后的编码数据的代码量来决定量子化参数的乘数。
4.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的编码方式来决定量子化参数的乘数。
5.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的帧速率来决定量子化参数的乘数。
6.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的帧类型来决定量子化参数的乘数。
7.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据第1编码数据和第2以后的编码数据的比特率来决定量子化参数的乘数。
8.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述变换表根据编码方式、帧速率、帧类型、比特率的任意一个或者这些的组合来决定量子化参数的乘数。
9.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述图像编码处理部具备：
正交变换部，其依次输入构成1个模块的像素数据，并对该像素数据进行正交变换；
量子化部，其对来自所述正交变换部的正交变换数据进行量子化；和
编码部，其对来自所述量子化部的量子化数据进行编码，
所述代码量控制部控制所述量子化部中的量子化。
10.根据权利要求2所述的图像编码装置，其特征在于，
所述图像编码处理部具备：
正交变换部，其依次输入构成1个模块的像素数据，并对该像素数据进行正交变换；
量子化部，其对来自所述正交变换部的正交变换数据进行量子化；
编码部，其对来自所述量子化部的量子化数据进行编码；
反量子化部，其对来自所述量子化部的量子化数据进行反量子化；
反正交变换部，其对来自所述反量子化部的反量子化数据进行反正交变换；
帧存储器，其存储来自所述反正交变换部的反正交变换数据；
运动检测部，其根据来自所述帧存储器的数据和当前帧的输入图像数据来进行运动检测；
运动补偿部，其根据来自所述运动检测部的运动检测结果来生成参照图像数据；和
预测误差生成部，其生成输入图像数据与来自所述运动补偿部的参照图像数据之间的差分，
所述代码量控制部控制所述量子化部中的量子化和所述反量子化部中的反量子化。
11.一种图像编码方法，其使用图像编码装置，根据同一输入图像数据生成多个编码数据，所述图像编码方法具备：
对图像数据进行压缩编码的步骤；
检测生成的第1编码数据的代码量的步骤；和
根据所述检测出的代码量，来决定用于达成第2以后的编码数据的目标代码量的量子化参数的步骤。
12.一种摄像系统，其具备：
信号处理电路，其包括权利要求2记载的图像编码装置来进行信号处理；
传感器，其向所述信号处理电路输出图像信号；和
光学系统，其将光成像于所述传感器。
13.根据权利要求12所述的摄像系统，其特征在于，
还具备变换器，其将从所述传感器得到的图像信号变换为数字信号并提供给所述信号处理电路。
14.根据权利要求12所述的摄像系统，其特征在于，
还具备接口电路，其将所述图像编码装置的编码数据向网络送出。
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