CN102362499A - 图像编码装置及图像编码方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像编码装置，将对编码对象场进行了帧间预测时的编码量的预测值即帧间编码量预测值、和对编码对象场进行了帧内预测时的编码量的预测值即帧内编码量预测值的大小关系进行比较(S401)，由此在判定为帧间编码量预测值比帧内编码量预测值相对变大了的时刻(S401：是)，将参照图像从同相的场切换为在时间上与编码对象场最近的可参照场(S402)。

Description

图像编码装置及图像编码方法
技术领域
本发明涉及影像信号的压缩编码中的隔行编码时的参照图片确定方法，尤其是提供与帧内编码量预测值和帧间编码量预测值对应的参照图片选择方法，削减对存储器的数据存取量。
背景技术
通常，在动态图像的编码中从时间上和空间上来削减信号的冗余性，由此进行信息量的压缩。因此，在以削减时间上的冗余性为目的的画面间预测编码中，参照编码对象图片的前方或者后方的图片，对该编码对象图片以块单位进行运动的检测和预测图像的生成，并对于所得到的预测图像与编码对象图片的差分值进行编码。在此，“图片”是表示1个画面的用语，在逐行图像(progressive image)中是指帧，在隔行图像(interlace image)中是指帧或者场(field)。在此，“隔行图像”是指一个帧由时刻不同的两个场构成的图像，两个场在空间上以行单位交替取位。
图11表示隔行图像。将两个场中以行单位交替取位的图像行中、位于上方的图像行称为顶场(top field)，将位于下方的图像行称为底场(bottomfield)。
在ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)提出的H.264中，将不具有参照图像、使用与编码对象图像在同一图片内的图像进行画面内预测编码而得到的图像，称为I图片。并且，将仅参照前方或者后方的一个图片进行画面间预测编码而得到的图像，称为P图片。并且，将同时参照两个图片进行画面间预测编码而得到的图像，称为B图片。H.264与现有的MPEG(Moving Picture Experts Group：运动图像专家组)-2相比，准备了更多的预测方法，编码精度提高。但是，其另一方面是进行预测所需要的计算增加，而且需要更多的进行预测所需要的参照图像的存储器。
当前以数字照相机为代表的小型便携式设备要求小型、节能和低成本，需要抑制前述的计算量的增加、所需存储器的增加、以及对存储器的数据存取量的增加。
与此相对，提出了减少参照图像的个数的方案。在专利文献1中公开了以下内容：检测运动的大小，在运动大的情况下使时间近的图片优先，在运动小的情况下使相同奇偶的图片优先，采用这种规则即使将参照图像减少为3个，也不会降低压缩效率。
图12是表示上述专利文献1的图像编码装置的一例的块图。如图12所示，图像编码装置200包括输入图像存储器201、正交变换部202、量化部203、可变长编码部204、逆量化部205、逆正交变换部206、参照图像存储器207以及运动检测/补偿部208。
输入到图像编码装置200的影像信号被存放在输入图像存储器201中。运动检测/补偿部208对在参照图像存储器207中存放的3个参照图片求出运动矢量，并判定运动矢量的大小，搜索并求出与影像信号相关最高的参照图片、和宏块(macro block)的位置。计算相关最高的参照图像与所输入的影像信号的宏块之间的差分，将差分信号输出给正交变换部202和量化部203。在可变长编码部204中对被量化后的差分信号进行可变长编码，并作为编码数据输出到图像编码装置200的外部。并且，编码数据被输入到逆量化部205和逆正交变换部206，输出差分信号。将该差分信号与在参照图像存储器207中存放的参照图片中任意一个在时间上是过去的参照图片相加，在参照图像存储器207中存储的参照图像被更新。
另外，在专利文献2公开的方法中提出了将3个参照图像削减为2个的方法。
在该方法中，在专利文献1记载的方法的基础上，使用表示运动的大小的影像信号特征量信息，将编码对象图片分类为下面的3个编码对象图片，对各个编码对象图片进行参照图像选择。
即，(1)对于构成帧的场的相关较强的图像，选择反相场作为参照图像，(2)对于构成帧的场的相关较弱、运动大的图像，选择距离最近的可参照图片作为参照图像，(3)对于运动小的图像，选择同相场且距离最近的可参照图片作为参照图像。由此，将参照图像的个数削减为2个，而且不会伴随有画质恶化。
另外，关于运动的大小，也可以采用1个画面内的各个宏块的运动矢量平均值。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-094454号公报
专利文献2：日本特开2008-011117号公报
发明概要
发明要解决的问题
但是，现有的方法存在以下所示的问题。
在现有的方法中，在运动小的情况下参照同相场，在运动大的情况下，参照在时间上最近的可参照场即反相场，由此削减参照图像数量，而且不会伴随有画质恶化。即，根据运动的大小来进行参照场的切换。
但是，在现有的方法中，对运动搜索范围(参照场)与运动的大小之间的相关性没有做出规定。因此，在根据运动的大小来切换参照场的方法中，根据运动的判定阈值的设定，尽管在当前的参照场中能够充分进行运动搜索，但是仍将参照场从同相场切换为反相场。相反，尽管不能充分进行运动搜索，但是仍将参照场从反相场切换为同相场。因此，导致在错误的定时切换参照场，而在本来应该切换的定时没有切换参照场。因此，存在有可能使得解码结果产生噪声的问题。
图13A和图13B是用于说明现有问题的图。假设拍摄图13A所示的风景。图13A所示的风景是在下方树木排列的复杂图像。相反，上方是天空开阔的简单图像。针对这种风景，使摄像机移动，假设按照(1)、(2)、(3)、(4)、(5)的顺序拍摄了动态图像。其中，(1)、(3)、(5)是顶场，(2)、(4)是底场。并且，根据运动的大小，始终选择同相场作为参照场。即，在编码对象场是(3)的情况下，对场(3)与场(1)的差分进行编码。并且，在编码对象场是(4)的情况下，对场(4)与场(2)的差分进行编码。另外，在编码对象场是(5)的情况下，对场(5)与场(3)的差分进行编码。
图13B表示场(3)～(5)的解码结果。尽管场(4)和(5)是简单的图像，但是仍将复杂图像的场(2)和(3)分别作为参照图像进行编码。因此，在场(4)和(5)的解码结果中分别包含场(2)和(3)的残像，导致在从复杂图像变为简单图像时产生噪声。
发明内容
本申请就是为了解决这种问题而提出的，其目的在于，提供一种在解码结果的场景(scene)切换时不易产生噪声的图像编码装置。
用于解决问题的手段
本发明就是为了解决过去的问题而提出的，本发明的某个方面的图像编码装置用于对具有场构造的动态图像进行预测编码，该图像编码装置具有：帧间编码量预测值计算部，在将与作为预测编码的对象的场即编码对象场为同相的场作为参照图像的情况下，计算对该编码对象场进行了帧间预测时的编码量的预测值即帧间编码量预测值；帧内编码量预测值计算部，计算对所述编码对象场进行了帧内预测时的编码量的预测值即帧内编码量预测值；参照图像选择部，比较所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值的大小关系，在判定为所述帧间编码量预测值比所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场；以及预测编码部，使用所述参照图像对所述编码对象场进行预测编码。
根据这种结构，在对于编码对象图像的合适定时，能够在同相场、和在时间上与编码对象场最近的可参照场之间切换参照图像，并能够减少切换时的解码结果的噪声。
并且，在时间上与编码对象场最近的可参照场是指，在再现时间顺序中紧挨在该编码对象场前面的一个场和紧挨在该编码对象场后面的一个场。因此，能够将参照图像设为最多两个图像。通过将参照图像设为两个，能够减少对参照图像的存储器存取和运动搜索用的计算量。
并且，帧内编码量预测值和帧间编码量预测值是在判定进行帧内预测还是进行帧间预测时使用的评价值。因此，不需追加新的评价值，即可实现参照图像的切换。
优选，所述参照图像选择部(i)在同相的场是所述参照图像的情况下，在将所述帧间编码量预测值用所述帧内编码量预测值去除而得到的值为第1判定阈值以上的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场，(ii)当在时间上与所述编码对象场最近的可参照场是所述参照图像的情况下，在将所述帧间编码量预测值用所述帧内编码量预测值去除而得到的值小于比所述第1判定阈值小的第2判定阈值的时刻，将所述参照图像从在时间上与所述编码对象场最近的可参照场切换为所述同相的场。
为了进行这种参照图像的切换而采用两个判定阈值，由此能够使判定阈值具有幅度。因此，参照图像的切换不会追随于将帧间编码量预测值用帧内编码量预测值去除而得到的值的急剧变化。因此，参照图像的切换是稳定的，由此对被摄体的依赖性减小，不存在运动的错误判定。因此，不需降低编码效率即可实现编码。
优选，所述参照图像选择部在时间方向上对所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值进行平滑处理，通过比较平滑处理后的所述帧间编码量预测值和平滑处理后的所述帧内编码量预测值的大小关系，在判定为平滑处理后的所述帧间编码量预测值比平滑处理后的所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场。
这样，通过在时间方向上对帧间编码量预测值和帧内编码量预测值进行平滑处理，帧间编码量预测值和帧内编码量预测值不再急剧变化。因此，能够防止频繁地产生参照图像的切换，使参照图像的切换变稳定，由此对被摄体的依赖性减小，不存在运动的错误判定。因此，不需降低编码效率即可实现编码。
另外，本发明不仅能够实现为具有这种特征性的处理部的图像编码装置，而且也能够实现为将图像编码装置所包含的特征性的处理部作为步骤的图像编码方法。并且，也能够实现为使计算机执行图像编码方法所包含的特征性步骤的程序。并且，这种程序当然能够通过CD-ROM(CompactDisc-Read Only Memory：紧致盘只读存储器)等记录介质或因特网等通信网络进行流通。
发明效果
根据本发明，能够在对于编码对象场的合适定时，在同相场和在时间上与编码对象场最近的可参照场之间切换参照图像，能够减少切换时的解码结果的噪声。并且，能够将参照图像设为最多两个图像，因而能够减少对参照图像的存储器存取和运动搜索用的计算量。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1的图像编码装置的结构的块图。
图2是由参照图像选择部进行的参照图像的选择处理的流程图。
图3是表示本发明的实施方式1的被摄体和拍摄状况的图。
图4A是表示图3中的被摄体的ACT的变化的图。
图4B是表示图3中的被摄体的SAD的变化的图。
图4C是表示图3中的被摄体的SAD/ACT的变化的图。
图5A是表示编码对象场是P图片时的参照图像的选择结果的图。
图5B是表示编码对象场是B图片时的参照图像的选择结果的图。
图5C是表示编码对象场是P图片时的参照图像的选择结果的图。
图5D是表示编码对象场是B图片时的参照图像的选择结果的图。
图6A是表示由图像编码装置进行编码后的动态图像的再现结果的图。
图6B是表示由图像编码装置进行编码后的动态图像的再现结果的图。
图7A是用于说明本发明的实施方式1的变形例1的判定阈值的设定方法的图。
图7B是用于说明本发明的实施方式1的变形例1的判定阈值的设定方法的图。
图8是由参照图像选择部进行的参照图像的选择处理的流程图。
图9是用于说明本发明的实施方式1的变形例2的SAD_AVE、ACT_AVE的计算方法的图。
图10是表示本发明的实施方式2的摄像系统的结构的块图。
图11是表示隔行图像中的顶场、底场的图。
图12是表示过去的图像编码装置的一例的块图。
图13A是用于说明现有的问题的图。
图13B是用于说明现有的问题的图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的实施方式。另外，在本发明中，将隔行图像的场设为图片，对各个图片进行编码。
(实施方式1)
<图像编码装置的结构>
图1是表示本发明的实施方式1的图像编码装置的结构的块图。
图像编码装置100是对输入图像进行编码并输出编码数据的装置，包括减法器101、正交变换部102、量化部103、可变长编码部104、逆量化部105、逆正交变换部106、加法器107、参照图像存储器108、参照图像选择部109、运动检测/补偿部110、帧内预测部111、帧内/帧间判定部112和选择器113。
减法器101计算从外部输入的输入图像与从运动检测/补偿部110输出的参照图像的差分，并输出表示计算结果的差分数据。
正交变换部102对差分数据进行正交变换。
量化部103对被正交变换后的数据进行量化。
可变长编码部104对被量化后的数据进行可变长编码，将被可变长编码后的数据作为编码数据输出到外部。
即，减法器101、正交变换部102、量化部103以及可变长编码部104使用参照图像，对编码对象场进行预测编码。
逆量化部105对由量化部103输出的量化数据进行逆量化。
逆正交变换部106对由量化部103进行逆量化后的数据进行逆正交变换。
加法器107将由逆正交变换部106进行逆正交变换后的数据和从选择器113输出的预测图像相加，将相加结果作为重构图像写入到参照图像存储器108中。
参照图像存储器108将I图片、P图片或者可参照的B图片中的、在再现时间顺序中紧挨在编码对象场前面的两个场、和在再现时间顺序中紧挨在编码对象场后面的两个场，作为参照图像候选而预先保存。
参照图像选择部109根据帧间编码量预测值115、帧内编码量预测值114和场类型信息116，从参照图像存储器108中选择合适的参照图像，并向运动检测/补偿部110输出所选择的参照图像。在此，帧内编码量预测值114表示从帧内预测部111输出的在进行了帧内预测时预测到的编码量。帧间编码量预测值115表示从运动检测/补偿部110输出的在进行帧间预测时预测到的编码量。场类型信息116是表示当前处理中的编码对象宏块属于顶场还是属于底场的信息。即，参照图像选择部109比较帧间编码量预测值115和帧内编码量预测值114的大小关系，在判定为帧间编码量预测值115比帧内编码量预测值114相对变大了的时刻，将参照图像从同相的场切换为在时间上与编码对象场最近的可参照场。关于帧内编码量预测值114和帧间编码量预测值115的详细情况将在后面进行说明。
运动检测/补偿部110具有计算帧间编码量预测值115的SAD计算部110a，根据从参照图像选择部109输出的参照图像和输入图像的编码对象宏块的数据来进行运动检测。然后，运动检测/补偿部110进行运动补偿，向选择器113输出运动补偿的结果的图像，并且向帧内/帧间判定部112和参照图像选择部109输出帧间编码量预测值115。SAD计算部110a在将与作为预测编码的对象的场即编码对象场为同相的场作为参照图像的情况下，计算对该编码对象场进行了帧间预测时的编码量的预测值即帧间编码量预测值。
帧内预测部111具有计算帧内编码量预测值114的ACT计算部111a，向选择器113输出进行了输入图像的画面内预测的结果的图像，并且向参照图像选择部109输出帧内编码量预测值114。ACT计算部111a计算对所述编码对象场进行了帧内预测时的编码量的预测值即帧内编码量预测值。
帧内/帧间判定部112根据帧内编码量预测值114和帧间编码量预测值115，确定对编码对象场进行帧内预测还是进行帧间预测，将所确定的预测模式输出给选择器113。
选择器113按照在帧内/帧间判定部112中确定的预测模式，向减法器101输出预测图像。
<帧内编码量预测值和帧间编码量预测值>
下面，对帧内编码量预测值和帧间编码量预测值进行具体说明。
在本实施方式中，计算编码对象宏块内的像素的亮度平均值、与编码对象宏块内的各个像素的亮度值的“差分绝对值和”在1个场内的总和(下面记述为“ACT”)，作为帧内编码量预测值。另外，帧内编码量预测值的计算方法不限于此，也可以使用位于编码对象宏块的左侧的多个像素的亮度值，还可以使用位于编码对象宏块的上侧的多个像素的亮度值，取代使用编码对象宏块内的亮度平均值。即，进行与帧内预测的预测模式对应的差分运算即可。
并且，计算编码对象宏块内的像素、与和编码对象宏块对应的参照图像的宏块内的像素的亮度值的“差分绝对值和”在1个场内的总和(下面记述为“SAD”)，作为帧间编码量预测值。另外，也可以使用在前一个图片的编码时采用的参照图像，作为参照图像。并且，作为上述对应的参照图像的宏块，也可以采用和编码对象宏块相同位置的宏块，还可以考虑编码对象宏块的运动而采用不同位置的宏块。在采用和编码对象宏块相同位置的宏块的情况下，上述SAD是编码对象图像与参照图像的亮度值的“差分绝对值和”。
<参照图像选择处理>
图2是由参照图像选择部109进行的参照图像的选择处理的流程图。另外，在本实施方式中，作为初始状态，参照图像是从和编码对象场为同相的场中选择的。并且，在进行参照图像的选择处理之前，由SAD计算部110a计算SAD，由ACT计算部111a计算ACT。
参照图像选择部109接受帧内编码量预测值114(ACT)和帧间编码量预测值115(SAD)作为输入，并判定是否满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr的关系、即(SAD/ACT)≥Thr的关系(S401)。在此，判定阈值Thr是满足0＜Thr≤1的较小的数。
如果(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr((SAD/ACT)≥Thr)(S401：是)，则预测为在当前的参照图像(同相的参照图像)中不适合进行运动预测、即预测为运动较大的场景。因此，参照图像选择部109选择“在时间上最近的可参照场”作为参照图像(S402)。即，参照图像被从同相的场切换为在时间上与编码对象场最近的可参照场。在S402的处理之后，使用所选择的参照图像进行编码对象场的预测编码。
相反，如果(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)＜Thr((SAD/ACT)＜Thr)(S401：否)，则预测为在当前的参照图像(同相的参照图像)中足以适合进行运动预测、即运动较小的场景。因此，通常在隔行图像中同相场之间的相关较强，因而参照图像选择部109选择“同相场”作为参照图像(S403)。即，保持参照图像是同相的场的状态，不进行参照图像的切换。在S403的处理之后，使用所选择的参照图像进行编码对象场的预测编码。
在此，对拍摄如图3所示的风景而得到的动态图像中的参照图像的选择进行说明。图3所示的风景与图13A所示的风景相同，因而在此不重复其详细说明。针对这种风景，假设进行了如下的拍摄：静止地拍摄A地点，然后向左摇摄(panning)到B地点后，再静止，然后经由天空返回到A地点的动态图像的拍摄。此时的SAD和ACT的变化分别如图4A和图4B所示。
参照图4A，关于ACT，由于拍摄了从A地点向B地点移动这样的复杂图像，因而对象宏块内的各个像素值相对于对象宏块的平均亮度具有偏差。因此，ACT被维持在较高的值。然后移动到天空中时成为低频的图像，因而ACT变小，在返回到A地点时，ACT的值再次变大。
参照图4B，关于SAD，认为在A地点静止的期间预测图像合适，因而该SAD从较小的值开始。然后，在以较快的速度移动到B地点时，预测图像变得难以应付，SAD急剧变为较大的值。当在B地点静止时，又适合进行预测，因而SAD变为较小的值。然后移动到天空中时，在穿过树木之前SAD都是较大的值，但在进入到天空中时成为低频的图像，预测变得不容易偏离，因而SAD变为较小的值。当再次返回到A地点时，由于拍摄树木，所以SAD的值暂且上升，当静止时SAD成为较小的值。
针对这样变化的SAD和ACT计算SAD/ACT，其变化如图4C所示。对此，设置判定阈值Thr，仅关注成为SAD/ACT≥Thr的时刻部分可知，在成为SAD/ACT≥Thr的时刻拍摄到的图像相当于运动的场景。
这样，在从B地点朝向A地点时的天空场景中，SAD也变小，ACT也变小。因此，在SAD/ACT达到判定阈值Thr以上时，判定为正确运动的场景。
另一方面，在现有的方法中采用1个画面内的各个宏块的运动矢量平均值来进行运动判定，在前述的从B地点朝向A地点时的天空场景中，由于图像简单，所以各个宏块的运动矢量值比较小，被判定为运动较小的场景。因此，参照图像被从反相场切换为同相场，存在解码结果产生噪声的情况。
使用图5A～图5D分别针对编码对象场为P图片的情况和编码对象场为B图片的情况对上述的选择结果进行说明。
如各个图5A～图5D所示，假设按照图像501、图像502、图像503、图像504的顺序拍摄了图像。并且，各个图像包括顶场和底场。例如，图像501包括顶场501T和底场501B。并且，如图所示，各个图片被分类为I图片、P图片或者B图片。例如，顶场501T是I图片，底场501B是P图片。
图5A表示满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr、编码对象场是P图片(底场504B)的情况。此时，在时间上紧挨在底场504B前面的两个图像(底场501B和顶场504T)被设为参照图像的候选。另外，在本实施方式中，假设B图片不会成为参照图像的候选。在时间上与底场504B最近的参照图像的候选是相对于编码对象场为反相的顶场504T。因此，顶场504T被选择为参照图像。
图5B表示满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr、编码对象场是B图片(底场502B)的情况。此时，在时间上紧挨在底场502B前面的两个图像(顶场501T和底场501B)、和在时间上紧挨在底场502B后面的两个图像(顶场504T和底场504B)被设为参照图像的候选。在时间上与底场502B最近的参照图像的候选是在时间上靠前的底场501B(与编码对象场同相的场)、和在时间上靠后的顶场504T(与编码对象场反相的场)。因此，底场501B和顶场504T被选择为参照图像。另一方面，在编码对象场是顶场的情况下，在时间上靠前且最近的可参照场的图像、即反相的场被选择为参照图像。并且，与此同时在时间上靠后且最近的可参照场的图像、即同相的场被选择为参照图像。
图5C表示满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)＜Thr、编码对象场是P图片(底场504B)的情况。此时，在时间上紧挨在底场504B前面的两个图像(底场501B和顶场504T)被设为参照图像的候选。与底场504B同相的参照图像的候选是底场501B。因此，底场501B被选择为参照图像。
图5D表示满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)＜Thr、编码对象场是B图片(底场502B)的情况。此时，在时间上紧挨在底场502B前面的两个图像(顶场501T和底场501B)、和在时间上紧挨在底场502B后面的两个图像(顶场504T和底场504B)被设为参照图像的候选。与底场502B同相的场是在时间上靠前的底场501B和在时间上靠后的底场504B。因此，底场501B和底场504B被选择为参照图像。
即，参照图像选择部109在将编码对象场作为P图片进行预测编码的情况下，通过比较帧间编码量预测值115和帧内编码量预测值114的大小关系，在判定为帧间编码量预测值115比帧内编码量预测值114相对变大了的时刻，将参照图像从分别包含于参照图像候选中的同相的场，切换为在时间上与编码对象场最近的可参照场。
并且，参照图像选择部109在将编码对象场作为B图片进行预测编码的情况下，通过比较帧间编码量预测值115和帧内编码量预测值114的大小关系，在判定为帧间编码量预测值115比帧内编码量预测值114相对地变大了的时刻，选择参照图像候选中包含的、紧挨在前面的两个场之中在时间上与编码对象场最近的可参照场、以及紧挨在后面的两个场之中在时间上与编码对象场最近的可参照场，作为参照图像。
另外，在现有的仅根据运动来求出参照图像的方法中，没有考虑运动的大小与编码量的关系。因此，如图13A所示，根据针对运动的大小确定判定阈值的方法，存在始终选择同相场作为参照图像的情况。在这种情况下，如上所述，在场(4)和(5)的解码结果中分别包含场(2)和(3)的残像，导致在从复杂图像变为简单图像时产生噪声。
但是，根据本实施方式所示的方法，如图6A所示，根据编码量的大小来确定参照图像。因此，在从复杂图像变为简单图像时，参照图像被从同相场切换为在时间上与编码对象场最近的场。即，在编码对象场是场(3)的情况下，选择同相的场(1)作为参照图像，而在简单的图像即场(4)和(5)是编码对象场的情况下，分别选择反相的场(3)和(4)作为参照图像。
图6B表示场(3)～(5)的解码结果。场(5)由于将场(4)作为参照图像，因而在场(4)的解码结果中不包含残像，与现有技术相比能够抑制噪声的产生。
如以上说明的那样，根据本实施方式的图像编码装置，能够在对于编码对象图像的合适定时，在同相场和在时间上与编码对象场最近的场之间切换参照图像，能够减少切换时的噪声。并且，通过将参照图像设为两个，能够减少对参照图像的存储器存取、和运动搜索用的计算量。
并且，帧内编码量预测值和帧间编码量预测值是在判定进行帧内预测还是进行帧间预测时使用的评价值。因此，不需追加新的评价值，即可实现参照图像的切换。
(实施方式1的变形例1)
在实施方式1中示出了采用SAD和ACT的场景判定方法比较合适。但是，在实际拍摄自然图像并计算SAD/ACT时，不会成为如图4C所示的平滑的曲线图，而是容易类推出如图7A所示的曲线图那样数值如同脉冲噪声般地急剧变化。另外，在图7A中为了便于说明，在曲线图上仅有9处的数值在急剧变化，而实际上曲线图上的所到之处的数值都在急剧变化。
这样，在考虑到自然图像的编码的情况下，如果按照实施方式1所示，针对SAD/ACT使用一个判定阈值Thr进行参照图像的切换，在SAD/ACT是判定阈值Thr附近的值的情况下，导致参照图像被频繁切换。因此，导致运动的错误判定增多，编码效率变差。
因此，在实施方式1的变形例1中，对在这种情况下也能够正确进行参照图像的选择的方法进行说明。另外，实施方式1的变形例1的图像编码装置的结构与实施方式1相同，因而只说明不同之处。
在实施方式1的变形例1中，如图7B所示，对SAD/ACT的判定阈值设定磁滞。即，将用于判定选择在时间上最近的可参照场作为参照图像的判定阈值设为判定阈值Thr_H，将用于选择同相场作为参照图像的判定阈值设为判定阈值Thr_L。另外，假设满足Thr_H＞Thr_L、0＜Thr_H≤1以及0＜Thr_L≤1这三种关系。
图8是基于设定了磁滞的判定阈值的、由参照图像选择部109进行的参照图像的选择处理的流程图。另外，在本实施方式中，作为初始状态，参照图像是从与编码对象场同相的场中选择的。
参照图像选择部109判定当前的参照图像是否是同相的场(S421)。在判定为当前的参照图像是同相的场的情况下(S421：是)，参照图像选择部109接受帧内编码量预测值114(ACT)和帧间编码量预测值115(SAD)作为输入，并判定是否满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr_H的关系、即(SAD/ACT)≥Thr_H的关系(S422)。
如果(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr_H((SAD/ACT)≥Thr_H)(S422：是)，则预测为在当前的参照图像(同相的参照图像)中运动预测不合适、即预测为运动较大的场景。因此，参照图像选择部109选择“在时间上最近的可参照场”作为参照图像(S423)。
如果(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)＜Thr_H((SAD/ACT)＜Thr_H)(S422：否)，则保持参照图像是同相场的状态，不进行参照图像的切换。
在判定为当前的参照图像不是同相的场的情况下、即、将在时间上最近的可参照场作为参照图像的情况下(S421：否)，参照图像选择部109接受帧内编码量预测值114(ACT)和帧间编码量预测值115(SAD)作为输入，并判定是否满足(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)＜Thr_L的关系、即(SAD/ACT)＜Thr_L的关系(S424)。
如果(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)＜Thr_L((SAD/ACT)＜Thr_L)(S424：是)，则预测为在当前的参照图像(在时间上最近的可参照场)中运动预测不合适、即预测为运动较小的场景。因此，由于通常在隔行图像中同相场之间的相关较强，因而参照图像选择部109选择“同相场”作为参照图像(S425)。
如果(帧间编码量预测值/帧内编码量预测值)≥Thr_L((SAD/ACT)≥Thr_L)(S424：否)，则保持参照图像是在时间上最近的可参照场的状态，不进行参照图像的切换。
为了这样进行参照图像的切换而对判定阈值设定幅度，由此参照图像的切换不会追随于在图7A的曲线图中利用圆圈包围的部分的急剧变化。因此，参照图像的切换变稳定，由此对被摄体的依赖性减小，不存在运动的错误判定。因此，不需降低编码效率即可实现编码。
(实施方式1的变形例2)
如在实施方式1的变形例1中说明的那样，在拍摄自然图像时，不会成为如图4C所示的平滑的曲线图，而是容易类推出如图7A所示的曲线图那样能够数值如同脉冲噪声般地急剧变化。另外，在图7A中，在曲线图上仅有9处的数值在急剧变化，而实际上曲线图上的所到之处的数值都在急剧变化。
这样在考虑到自然图像的编码的情况下，如果按照实施方式1所示，针对SAD/ACT使用一个判定阈值Thr进行参照图像的切换，在SAD/ACT是判定阈值Thr附近的值的情况下，导致参照图像被频繁切换。因此，导致运动的错误判定增多，编码效率变差。
因此，在实施方式1的变形例2中，对在这种情况下也能够正确进行参照图像的选择的方法进行说明。另外，实施方式1的变形例2的图像编码装置的结构与实施方式1相同，因而只说明不同之处。
在实施方式1的变形例2中，对所得到的SAD和ACT的曲线图分别在时间方向上进行平滑处理，由此计算SAD_AVE和ACT_AVE，并根据SAD_AVE和ACT_AVE进行参照图像的选择。
图9是用于说明本发明的实施方式1的变形例2中的、SAD_AVE和ACT_AVE的计算方法的图。
即，对紧挨在编码对象场前面的N个场的SAD和ACT分别相加并求平均，将其结果设为SAD_AVE和ACT_AVE。
在实施方式1的变形例2中，参照图像选择部109在计算SAD/ACT时，求出SAD_AVE来取代SAD，求出ACT_AVE来取代ACT，并求出SAD_AVE/ACT_AVE来取代SAD/ACT。
然后，按照图2所示的流程图，参照图像选择部109判定是否满足SAD_AVE/ACT_AVE≥Thr，与实施方式1同样地进行参照图像的选择。
即，参照图像选择部109在时间方向上对帧间编码量预测值和帧内编码量预测值进行平滑处理，并比较平滑处理后的帧间编码量预测值和平滑处理后的帧内编码量预测值的大小关系，在判定为平滑处理后的帧间编码量预测值比平滑处理后的所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将参照图像从同相的场切换为在时间上与编码对象场最近的可参照场。
如以上说明的那样，根据本实施方式，使用被实施平滑处理后的SAD_AVE和ACT_AVE进行参照图像的选择。SAD_AVE和ACT_AVE通过被实施平滑处理，其数值不会如同脉冲噪声般地急剧变化。因此，SAD_AVE/ACT_AVE的值也不会急剧变化。因此，能够防止频繁产生参照图像的切换，参照图像的切换变稳定，由此对被摄体的依赖性减小，不存在运动的错误判定。因此，不会降低编码效率即可实现编码。
另外，进行相加并平均的场数量N越大，越能够防止参照图像的频繁切换，但如果过大，则导致所需的参照图像的切换延迟，因而大约设为N＝4比较适合。
(实施方式2)
下面说明本发明的实施方式2。本实施方式涉及采用了在实施方式1以及其变形例1和2中说明的图像编码装置100的、数字照相机或者网络摄像机等摄像系统(影像系统)。
图10是表示实施方式2的摄像系统的结构的块图。
摄像系统包括光学系统1001、传感器1002、A/D(Analog to Digital)转换电路1003、图像处理电路(图像处理部)1004、记录系统/传输系统1005、再现系统1006、定时控制电路1007和系统控制电路1008。图像处理电路1004例如包括实施方式1所示的图像编码装置100。
在该摄像系统中，通过光学系统1001而入射的图像光在传感器1002上成像，并由传感器1002进行光电转换。通过光电转换而得到的模拟信号由A/D转换电路1003被转换为数字值，然后被输入到图像处理电路1004中。图像处理电路1004进行Y/C处理、边缘处理、图像的放大缩小、以及H.264等的图像压缩/解压缩处理、被实施图像压缩后的流的控制等。另外，H.264等的图像压缩使用图像编码装置100来进行。
在图像处理电路1004中进行图像处理后的信号，在记录系统/传输系统1005中进行向介质的记录或者通过因特网等进行传输。被记录或者传输的信号由再现系统1006进行再现。传感器1002由定时控制电路1007控制，光学系统1001、记录系统/传输系统1005、再现系统1006以及定时控制电路1007分别由系统控制电路1008控制。
另外，在图10所示的摄像系统中，说明了由传感器1002对来自光学系统1001的图像光进行光电转换，并输入到A/D转换电路1003中的摄像机设备等。但是，本发明不限于此，也可以将其它的电视机等AV(Audio/Visual)设备的模拟影像输入直接输入到A/D转换电路1003中。
以上对本发明的实施方式的图像编码装置和摄像系统进行了说明，但本发明不限于这些实施方式。
例如，在上述的实施方式中，帧内编码量预测值采用了ACT，帧间编码量预测值采用了SAD，但只要是能够预测帧内编码时的编码量的值或者能够预测帧间编码时的编码量的值，则也可以是利用其它计算方法计算出的值。
并且，在上述的实施方式中，对将帧间编码量预测值用帧内编码量预测值去除而得到的值进行阈值处理，由此进行参照图像的切换的判定，但也可以对帧间编码量预测值与帧内编码量预测值之差进行阈值处理，由此进行参照图像的切换的判定。
另外，图像编码装置100被实现为典型的集成电路即LSI(Large ScaleIntegration：大规模集成电路)。这些LSI可以单独地形成为单芯片，也可以形成为包含一部分或全部的单芯片。此处是形成为LSI，但根据集成度的不同，有时也称为IC、系统LSI、超级(super)LSI、特级(ultra)LSI。
并且，集成电路化的方法不限于LSI，也可以利用专用电路或通用处理器实现。也可以采用在制作LSI后能够编程的可现场编程门阵列(FPGA：Field Programmable Gate Array)、能够重构架LSI内部的电路单元的连接和设定的可重构处理器(reconfigurable processor)。
另外，如果伴随半导体技术的发展或利用派生的其他技术替换LSI的集成电路化的技术问世，当然也可以使用该技术进行功能单元的集成化。
并且，图像编码装置具体地讲可以构成为由微处理器、ROM、RAM、硬盘驱动、显示器单元、键盘、鼠标等构成的计算机系统。在RAM或者硬盘驱动中存储有图像编码装置执行的处理的计算机程序。微处理器按照计算机程序进行动作，由此图像编码装置实现其功能。在此，计算机程序为实现规定的功能，构成为组合多个表示针对计算机的指令的命令代码。
另外，也可以将上述实施方式和上述变形例分别进行组合。
此次公开的实施方式在所有方面上都仅是示例，不能认为是限制性的方式。本发明的范围不在于上述的说明，而在于利用权利要求书公开的内容，并且包含与权利要求书同等意义及范围内的所有变更。
工业实用性
本发明的图像编码装置和摄像系统能够减少对参照图像的存取，减少进行搜索所需的计算量，而且能够实现图像恶化较小的编码，因而对数字照相机、监视摄像机和网络摄像机等比较有用。
标号说明
100、200图像编码装置；101减法器；102、202正交变换部；103、203量化部；104、204可变长编码部；105、205逆量化部；106、206逆正交变换部；107加法器；108、207参照图像存储器；109参照图像选择部；110、208运动检测/补偿部；110a SAD计算部；111帧内预测部；111aACT计算部；112帧内/帧间判定部；113选择器；114帧内编码量预测值；115帧间编码量预测值；116场类型信息；201输入图像存储器；1001光学系统；1002传感器；1003A/D转换电路；1004图像处理电路；1005记录系统/传输系统；1006再现系统；1007定时控制电路；1008系统控制电路。

Claims (11)

1.一种图像编码装置，用于对具有场构造的动态图像进行预测编码，该图像编码装置具有：
帧间编码量预测值计算部，在将与作为预测编码的对象的场即编码对象场为同相的场作为参照图像的情况下，计算对该编码对象场进行了帧间预测时的编码量的预测值即帧间编码量预测值；
帧内编码量预测值计算部，计算对所述编码对象场进行了帧内预测时的编码量的预测值即帧内编码量预测值；
参照图像选择部，比较所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值的大小关系，在判定为所述帧间编码量预测值比所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场；以及
预测编码部，使用所述参照图像对所述编码对象场进行预测编码。
2.根据权利要求1所述的图像编码装置，在将所述帧间编码量预测值用所述帧内编码量预测值去除而得到的值为规定的判定阈值以上的时刻，所述参照图像选择部将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场。
3.根据权利要求2所述的图像编码装置，所述参照图像选择部(i)在同相的场是所述参照图像的情况下，在将所述帧间编码量预测值用所述帧内编码量预测值去除而得到的值为第1判定阈值以上的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场，(ii)当在时间上与所述编码对象场最近的可参照场是所述参照图像的情况下，在将所述帧间编码量预测值用所述帧内编码量预测值去除而得到的值小于比所述第1判定阈值小的第2判定阈值的时刻，将所述参照图像从在时间上与所述编码对象场最近的可参照场切换为所述同相的场。
4.根据权利要求1所述的图像编码装置，所述图像编码装置还具有参照图像存储器，存储I图片、P图片或者可参照的B图片之中在再现时间顺序中紧挨在所述编码对象场前面的两个场，作为参照图像候选，
在将所述编码对象场作为P图片进行预测编码的情况下，所述参照图像选择部比较所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值的大小关系，在判定为所述帧间编码量预测值比所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从分别包含在所述参照图像候选中的所述同相的场，切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场。
5.根据权利要求1所述的图像编码装置，所述图像编码装置还具有参照图像存储器，存储I图片、P图片或者可参照的B图片之中在再现时间顺序中紧挨在所述编码对象场前面的两个场、和在再现时间顺序中紧挨在所述编码对象场后面的两个场，作为参照图像候选，
在将所述编码对象场作为B图片进行预测编码的情况下，所述参照图像选择部比较所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值的大小关系，在判定为所述帧间编码量预测值比所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，选择所述参照图像候选中包含的、所述紧挨在所述编码对象场前面的两个场之中在时间上与所述编码对象场最近的可参照场、以及所述紧挨在所述编码对象场后面的两个场之中在时间上与所述编码对象场最近的可参照场，作为参照图像。
6.根据权利要求1所述的图像编码装置，所述帧间编码量预测值计算部计算所述编码对象场中包含的编码对象宏块内的像素、与和该编码对象宏块对应的所述参照图像的宏块内的像素的亮度值的差分绝对值和在1个场内的总和，作为所述帧间编码量预测值。
7.根据权利要求1所述的图像编码装置，所述帧内编码量预测值计算部计算所述编码对象场中包含的编码对象宏块内的像素的亮度平均值、与该编码对象宏块内的各个像素的亮度值的差分绝对值和在1个场内的总和，作为所述帧内编码量预测值。
8.根据权利要求1所述的图像编码装置，所述参照图像选择部在时间方向上对所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值进行平滑处理，通过比较平滑处理后的所述帧间编码量预测值和平滑处理后的所述帧内编码量预测值的大小关系，在判定为平滑处理后的所述帧间编码量预测值比平滑处理后的所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场。
9.一种图像编码方法，用于由计算机对具有场构造的动态图像进行预测编码，该图像编码方法中：
在将与作为预测编码的对象的场即编码对象场为同相的场作为参照图像的情况下，计算机计算对该编码对象场进行了帧间预测时的编码量的预测值即帧间编码量预测值，
计算机计算对所述编码对象场进行了帧内预测时的编码量的预测值即帧内编码量预测值，
计算机比较所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值的大小关系，由此在判定为所述帧间编码量预测值比所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场，
计算机使用所述参照图像对所述编码对象场进行预测编码。
10.一种计算机能够执行的程序，用于对具有场构造的动态图像进行预测编码，该程序使计算机进行以下处理：
在将与作为预测编码的对象的场即编码对象场为同相的场作为参照图像的情况下，计算对该编码对象场进行了帧间预测时的编码量的预测值即帧间编码量预测值，
计算对所述编码对象场进行了帧内预测时的编码量的预测值即帧内编码量预测值，
比较所述帧间编码量预测值和所述帧内编码量预测值的大小关系，由此在判定为所述帧间编码量预测值比所述帧内编码量预测值相对变大了的时刻，将所述参照图像从所述同相的场切换为在时间上与所述编码对象场最近的可参照场，
使用所述参照图像对所述编码对象场进行预测编码。
11.一种摄像系统，具有：
光学系统，对光进行成像；
传感器，接受由所述光学系统成像的光，并转换为图像信号；以及
权利要求1～8中任意一项所述的图像编码装置，接受所述图像信号并作为动态图像。
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