JP2000032469A - 動画像符号化装置 - Google Patents

動画像符号化装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置の性能を無駄にすることなく高能率にリ
アルタイムで動画像を圧縮することができる動画像符号
化装置を提供する。 【解決手段】 動画像の一部のフレームをフレーム内符
号化し、該フレーム内符号化されたフレームに挟まれる
フレームの一部を前方フレーム間符号化し、フレーム内
符号化されたフレーム（Ｉピクチャ）又は前方フレーム
間符号化されたフレーム（Ｐピクチャ）とＩピクチャ又
はＰピクチャとの間に挟まれるフレーム（Ｂピクチャ）
を双方向フレーム間符号化する動画像符号化装置におい
て、ＩピクチャとＰピクチャのみを符号化したときに装
置が単位時間に処理できるピクチャ数である実質フレー
ムレートと出力フレームレートを基にＢピクチャの数を
決定する決定手段と、Ｂピクチャを差分が無いフレーム
であると扱って符号化する符号化手段とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動画像を圧縮して符
号化する動画像符号化装置に関し、特に、動画像の一部
のフレームをフレーム内符号化し、フレーム内符号化さ
れたフレームに挟まれるフレームの一部を前方フレーム
間符号化し、フレーム内符号化されたフレーム（Ｉピク
チャ）又は前方フレーム間符号化されたフレーム（Ｐピ
クチャ）とフレーム内符号化されたフレーム（Ｉピクチ
ャ）又は前方フレーム間符号化されたフレーム（Ｐピク
チャ）との間に挟まれるフレーム（Ｂピクチャ）を双方
向フレーム間符号化する動画像符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】通常、画像をデジタル化して、ＣＤ−Ｒ
ＯＭやハードディスクなどの記録媒体に記録する場合、
そのデータ量は膨大なものとなるため、通常は圧縮符号
化して記録される。この圧縮符号化方法には、各種の圧
縮符号化方式があり、特に、画像の空間周波数が低周波
に集中する性質を利用して圧縮を行うＤＣＴ（Discrete
Cosine Transform）をベースとした符号化方式が、比較
的多く使用されている。ＤＣＴはＪＰＥＧ(Joint Photo
graphic Coding Experts Group)や、ＭＰＥＧ（Moving
Picture Coding Experts Group)１またはＭＰＥＧ２な
どの国際標準の符号化方式の中で使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ＭＰＥＧ１に代表され
るような、蓄積系の動画像圧縮方法では、フレームレー
ト（単位時間あたりのフレーム数）が決められている。
そのために、圧縮性能の低い動画像符号化装置でもリア
ルタイムに圧縮するためにフレームレートを落として圧
縮することができない。
【０００４】このＭＰＥＧ１の規格を守りながら実質的
なフレームレートを減らす方法として特開平１０−４２
２９５号公報に記載の方法がある。この方法はフレーム
間圧縮を行うフレームが差分がないフレームであること
を示す符号を生成することで実際の圧縮処理を省いて実
質的なフレームレートを減らしている。
【０００５】しかし、差分がないフレームであることを
示す符号を生成する周期が動画像符号化装置の実質的な
フレームレートに合うとは限らないので、動画像符号化
装置の性能を無駄にすることなく高能率に動画像を圧縮
できないという問題点がある。
【０００６】また、特開平１０−７０７２７号公報では
圧縮ビデオ情報の伝送に遅延が生じた場合にＢブロック
を削除することにより、遅延を解消している。
【０００７】しかし、伝送の遅延と圧縮性能は必ずしも
比例しているわけでは無いので、動画像符号化装置の性
能を無駄にすることなく高能率に動画像を圧縮すること
ができないという問題点がある。
【０００８】また、特開平９−１３０７８７号公報で
は、実際の符号量に応じてスキップするフレームを決め
てフレームレートを調整している。
【０００９】しかし、符号量と圧縮性能は必ずしも比例
しているわけでは無いので、動画像符号化装置の性能を
無駄にすることなく高能率に動画像を圧縮できないとい
う問題点がある。
【００１０】本発明は、装置の性能を無駄にすることな
く高能率にリアルタイムで動画像を圧縮することができ
る動画像符号化装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明による動画像符号
化装置は、動画像の一部のフレームをフレーム内符号化
し、該フレーム内符号化されたフレームに挟まれるフレ
ームの一部を前方フレーム間符号化し、前記フレーム内
符号化されたフレーム（Ｉピクチャ）又は前記前方フレ
ーム間符号化されたフレーム（Ｐピクチャ）と前記フレ
ーム内符号化されたフレーム（Ｉピクチャ）又は前記前
方フレーム間符号化されたフレーム（Ｐピクチャ）との
間に挟まれるフレーム（Ｂピクチャ）を双方向フレーム
間符号化する動画像符号化装置において、Ｉピクチャと
Ｐピクチャのみを符号化したときに装置が単位時間に処
理できるピクチャ数である実質フレームレートと出力フ
レームレートを基にＢピクチャの数を決定する決定手段
と、Ｂピクチャを差分が無いフレームであると扱って符
号化する符号化手段とを備えることを特徴とする。
【００１２】また、本発明による動画像符号化装置は、
上記の動画像符号化装置において、前記符号化手段は前
記Ｂピクチャの符号列として前記動画像のフレームの大
きさにより決まる符号列を生成することを特徴とする。
【００１３】更に、本発明による動画像符号化装置は、
上記の動画像符号化装置において、前記決定手段は、装
置が最大限に稼働するように前記Ｂピクチャの数を決定
することを特徴とする。
【００１４】更に、本発明による動画像符号化装置は、
上記の動画像符号化装置において、前記決定手段は、前
記Ｉピクチャ又はＰピクチャと前記Ｉピクチャ又はＰピ
クチャの間のＢピクチャの数が最大限に揃うように前記
Ｂピクチャの数を決定することを特徴とする。
【００１５】更に、本発明による動画像符号化装置は、
上記の動画像符号化装置において、前記実質フレームレ
ートと出力フレームレートとの最小公倍数が最小となる
ような出力フレームレートを複数の所定の出力フレーム
レートから選択する手段を備えることを特徴とする。
【００１６】更に、本発明による動画像符号化装置は、
上記の動画像符号化装置において、前記実質フレームレ
ートを最後に実質フレームレートを更新してから圧縮し
たフレーム数と、現在の出力フレームレートと、最後に
実質フレームを更新してから挿入したＢピクチャの数
と、最後にフレームレートを更新してからのキャプチャ
待ち時間の合計を基に算出して更新する手段を更に備え
ることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、動画像をリアルタイム
で圧縮符号化する動画像符号化装置において、圧縮性能
が低くてもリアルタイムに圧縮符号化ができるように一
部のフレームが差分がないフレームであることを示す符
号を挿入して装置の可動サイクルである実質的なフレー
ムレートを下げるものである。
【００１８】図１は、本発明の実施形態による動画像符
号化装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】図１において、キャプチャ１１が１フレー
ム毎に画像をキャプチャして、フレーム判定部１２が予
め圧縮性能と画像サイズから予測した実質フレームレー
トに最適なＧＯＰ構成を求め、それに基づいて現在のフ
レームのピクチャ種別を判定する。符号化部４１はＩピ
クチャとＰピクチャの場合は圧縮を行い、Ｂピクチャの
場合は符号化部４１は実際の圧縮を行わず、同一フレー
ム符号生成部１３が差分がないフレームであることを示
す符号を挿入する。マルチプレクサが符号化部４１が出
力する符号と同一フレーム符号生成部１３が生成する符
号を連結する。また、ある一定数のフレームを処理する
毎にキャプチャ部１１からのキャプチャ待ちの合計時間
と挿入したＢピクチャのフレーム数等を調べて、その値
から実質フレームレートを再計算して、そのフレームレ
ートを基にＧＯＰ構成を最適となるように更新する。
【００２０】ＭＰＥＧ１などのように単位時間あたりの
フレーム数が規定されている圧縮方式を図１２、図１３
を参照して説明する。
【００２１】図１２はＭＰＥＧ１ビデオに準拠した符号
フォーマットの階層図を示した図である。ＭＰＥＧ１ビ
デオの符号は図１２に示すようにいくつかの階層より構
成される階層構造となっている。ビデオデータは１個以
上のビデオ・シーケンス（ＶＳＣ）から構成されてい
て、ビデオシーケンスエンドコード（ＶＳＥ）で終了す
る。ビデオ・シーケンスはビデオシーケンスヘッダ（Ｖ
ＳＨ）と、１個以上のＧＯＰ（Group Of Picture）から
構成される。ＧＯＰは１個以上のピクチャから構成さ
れ、１つのピクチャが１フレームを示している。ピクチ
ャにはフレーム内符号のみから構成されるＩピクチャ
と、前方向のみのフレーム間符号から構成されるＰピク
チャと、前後の双方向のフレーム間符号から構成される
Ｂピクチャの３種類がある。ピクチャは任意の領域に分
割された複数のスライスから構成される。スライスは左
から右へ、または上から下への順序で並んだ複数のマク
ロブロックから構成される。マクロブロックには大別し
てフレーム内符号であるイントラブロックと前方向や双
方向のフレーム間符号であるインターブロックの２種類
がある。Ｉピクチャはイントラブロックのみで構成され
るが、ＰピクチャやＢピクチャはインターブロックのみ
でなくイントラブロックも含む場合がある。マクロブロ
ックは１６×１６画素のブロックを更に４つの８×８画
素のブロック（Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３，Ｙ４）に分割した輝
度成分と輝度成分の１６×１６画素に一致する領域の８
×８画素のブロックの色差成分（Ｃｂ，Ｃｒ）から構成
される。従って、１つのマクロブロックは、４つの輝度
成分のブロックと２つの色差成分のブロックより構成さ
れ、合計で６個のブロックから構成される。８×８画素
のブロックが符号化の最小単位となる。
【００２２】図１３はＭＰＥＧ１のＧＯＰ構成を示した
図である。フレームのタイプにはＩ、Ｐ、Ｂとあり、Ｉ
ピクチャは参照フレームを用いないで圧縮されるフレー
ムであり、Ｐピクチャは前のＩもしくはＰピクチャのい
ずれかを参照して圧縮されるフレームである。Ｂピクチ
ャは前後のＩもしくはＰピクチャを参照して圧縮される
フレームであり、Ｂピクチャ自身は参照フレームとして
用いられることはない。ＭＰＥＧ１では単位時間あたり
のフレーム数が規定されているため、圧縮処理を行わな
いフレームというものはあり得ないが、参照フレームと
して用いられないＢピクチャのデータを参照フレームと
全く同じ画像として扱うことで圧縮処理の負荷が非常に
小さくなるため、圧縮処理を行わない場合と同様の効果
を得ることができる。
【００２３】図１は本発明の実施形態による動画像符号
化装置の構成図である。図１を参照すると、本実施形態
の動画像符号化装置は、原画像をキャプチャするキャプ
チャ部１１と、キャプチャ部１１でキャプチャしたフレ
ームを一時的に記憶しキャプチャ部１１内に設けられる
バッファ３１と、処理するフレームのピクチャ種別を圧
縮性能に応じたＧＯＰ構成を基に判定するフレーム判定
部１２と、フレーム判定部１２で使用する制御変数など
を格納しフレーム判定部１２内に設けられるメモリ３２
と、キャプチャ待ちの時間を計測しフレーム判定部１２
内に設けられるタイマ３３と、マクロブロック単位で画
像の動きを検索する動き検索部２２と、８×８画素のブ
ロックの画像を空間周波数成分に変換する離散コサイン
変換部１５と、空間周波数成分を量子化する量子化器１
６と、量子化された空間周波数成分を逆量子化する逆量
子化１８と、逆量子化された空間周波数成分を逆離散コ
サイン変換する逆離散コサイン変換部１９と、マクロブ
ロック単位で参照フレームの画像の動きを補償する動き
補償部２３と、量子化された空間周波数成分を可変長符
号化する可変長符号化部１７と、可変長符号化部１７が
生成する符号と同一フレーム符号生成部１３が生成する
符号とを連結するマルチプレクサ２５とを備える。
【００２４】上記の動画像符号化装置の各部はそれぞれ
以下のように動作する。
【００２５】キャプチャ部１１はフレーム判定部１２か
らの指示により指定されたフレームの画像をバッファ３
１から取り出す。フレーム判定部１２は、予め圧縮性能
と画像サイズから予測した実質フレームレートに最適な
ＧＯＰ構成から１フレーム単位に入力される現在のフレ
ームのピクチャ種別を判定する。符号化部４１は、Ｉピ
クチャとＰピクチャをピクチャ種別に応じて圧縮する。
【００２６】現在のフレームがＩピクチャである場合
は、フレーム判定部１２から出力された画像データは、
離散コサイン変換部１５で８×８画素単位で空間周波数
成分に変換され、空間周波数成分は、量子化器１６で量
子化され、量子化された空間周波数成分は、可変長符号
化部１７で可変長符号化される。可変長符号化部１７か
ら出力される可変長符号はマルチプレクサ２５に出力さ
れ、フレーム判定部１２が出力するピクチャタイプなど
と連結される。また、量子化された空間周波数成分は逆
量子化器１８で逆量子化され、逆量子化された８×８ブ
ロックの空間周波数成分は逆離散コサイン変換部１９で
空間位置成分に戻され、ビデオメモリ２１に書き込まれ
る。
【００２７】現在のフレームがＰピクチャである場合
は、フレーム判定部１２から出力された現在のフレーム
のマクロブロックに最も相関が高いビデオメモリ２１に
記憶されている参照フレームのマクロブロックが動き検
出部２２で求められ、その最も相関が高いマクロブロッ
クが動き補償部２３から出力され、スイッチ２４を通
り、スイッチから出力される。フレーム判定部１２から
出力される現在のフレームの８×８画素のブロックの各
画素データから、スイッチ２４を通った参照フレームの
最も相関が高いマクロブロック内の８×８画素のブロッ
クの各画素データが減算器１４で減算され、減算器１４
の出力が離散コサイン変換部１５で空間周波数成分に変
換される。空間周波数成分は、量子化器１６で量子化さ
れ、量子化された空間周波数成分は、可変長符号化部１
７で可変長符号化される。可変長符号化部２３から出力
される可変長符号はマルチプレクサ２５に出力され、同
一フレーム符号生成部１３が出力するピクチャタイプな
どの符号列と連結される。また、量子化された空間周波
数成分は逆量子化器１８で逆量子化され、逆量子化され
た８×８ブロックの空間周波数成分は逆離散コサイン変
換部１９で各画素データに戻され、各画素データに加算
器２０でスイッチ２４の出力が加算され新たな参照フレ
ームのデータとなり、加算器２０の出力がビデオメモリ
２１に書き込まれる。
【００２８】現在のフレームがＢピクチャである場合
は、実際の圧縮を行わずに差分がないフレームであるこ
とを示す符号を挿入する。すなわち、フレーム判定部１
２が現在のフレームがＢピクチャであることを判定する
と、同一フレーム符号生成部１３は、差分がないフレー
ムであることを示す符号列をマルチプレクサ２５に出力
し、マルチプレクサ２５はこの符号列を選択する。ま
た、ある一定数のフレームを処理する毎にフレーム判定
部１２のタイマ３３で計測したキャプチャ時の待ち時間
の合計を求めて、その値から実質フレームレートを再計
算して、実質フレームレートと出力フレームレートとが
整合するようにＧＯＰ構成を最適化して更新する。
【００２９】次に、図２のフローチャートを参照して本
実施形態の全体の動作について詳細に説明する。
【００３０】フレーム判定部１２は、後述するフレーム
レート処理を行ってから（ステップＳ１０１）、現在の
フレームのピクチャ種別を判定する（ステップＳ１０
２）。
【００３１】現在のフレームがＩピクチャである場合
は、現在のフレームの画像データがキャプチャ部１１の
バッファ３１から読み込まれ（ステップＳ１１１）、小
ブロックの画素データが離散コサイン変換部１５により
空間周波数成分に変換され（ステップＳ１１２）、空間
周波数成分が量子化器１６により量子化され（ステップ
Ｓ１１３）、量子化された空間周波数成分が可変長符号
化部１７により可変長符号化され（ステップＳ１１
４）、量子化された空間周波数成分が逆量子化器１８に
より逆量子化され（ステップＳ１１５）、逆量子化され
た空間周波数成分より逆離散コサイン変換部１９により
各画素データが復元され（ステップＳ１１６）、復元さ
れた各画素データが参照フレームの各画素データとして
ビデオメモリ２１に書き込まれる（ステップＳ１１
７）。ステップＳ１１２からステップＳ１１７までが、
現在のフレームの全てのマクロブロックの全ての小ブロ
ックについて実行される（ステップＳ１１８、ステップ
Ｓ１１９）。
【００３２】現在のフレームがＩピクチャである場合
は、現在のフレームの画像データがキャプチャ部１１の
バッファ３１から読み込まれ（ステップＳ１３１）、現
在のフレームのマクロブロックとの差分が最小となる参
照フレームのマクロブロックが動き検索部２２により検
索され（ステップＳ１３２）、現在のフレームのマクロ
ブロックの画素データから参照フレームの検索されたマ
クロブロックの画素データが小ブロック単位で減算器１
４により引かれ（ステップＳ１３３）、減算器１４が出
力する差分が小ブロック毎に離散コサイン変換部１５に
より空間周波数成分に変換され（ステップＳ１３４）、
空間周波数成分が量子化器１６により量子化され（ステ
ップＳ１３５）、量子化された空間周波数成分が可変長
符号化部１７により可変長符号化され（ステップＳ１３
６）、量子化された空間周波数成分が逆量子化器１８に
より逆量子化され（ステップＳ１３７）、逆量子化され
た空間周波数成分より逆離散コサイン変換部１９により
差分が復元され（ステップＳ１３８）、復元された差分
に参照フレームのデータが加算器２０により加算され
（ステップＳ１３９）、加算器２０が出力する和が参照
フレームの画素データとしてビデオメモリ２１に書き込
まれる（ステップＳ１４０）。ステップＳ１３３からス
テップＳ１４０までが、現在のマクロブロックの全ての
小ブロックについて実行され（ステップＳ１４１）、ス
テップＳ１３２からステップＳ１４１までが、現在のフ
レームの全てのマクロブロックについて実行される（ス
テップＳ１４２）。
【００３３】現在のフレームがＢピクチャである場合
は、同一フレーム符号生成部１３が差分がないフレーム
であることを示す符号を生成する（ステップＳ１５
１）。
【００３４】ステップＳ１１９、ステップＳ１４２又は
ステップＳ１５１に続くステップＳ１６１では、生成し
た符号をマルチプレクサ２５を通して出力する。ステッ
プ１６１に続くステップＳ１６２では、ＧＯＰ内の全フ
レームが終了したかどうかを判断して、終了していなけ
ればステップＳ１０１に戻り、終了していれば処理を終
了する。
【００３５】図３はフレーム判定部１２が行うフレーム
レート処理（図２のステップＳ１０１）の詳細なフロー
チャートである。図３を参照すると、実質的なフレーム
レートが初期設定済みであるかどうかを判断して（ステ
ップＳ２０１）、そうでない場合は実質的なフレームレ
ートの初期設定を行う（ステップＳ２０２）。そうであ
る場合は処理したフレーム数がα１の倍数であるかどう
かを判断して（ステップＳＳ２０３）、そうである場合
は実質的なフレームレートの更新を行う（ステップＳ２
０４）。ここでα１の値は動画像符号化装置毎に異なる
値であり、α１の単位は通常はＧＯＰやシーケンスであ
る。
【００３６】図４はフレーム判定部１２が行う現在のフ
レームがＩピクチャであるときに、このフレームの画素
データを読み込む処理（図２のステップＳ１１１）の詳
細なフローチャートである。図４を参照すると、圧縮す
るＩピクチャがキャプチャ済みであるかどうかを判断し
て（ステップＳ２１１）、そうでない場合はタイマ３３
により待ち時間を計測する（ステップＳ２１２）。そう
である場合はキャプチャ部１１のバッファ３１より圧縮
するＩピクチャの原画像を読み込む（ステップＳ２１
３）。
【００３７】図５はフレーム判定部１２か行う現在のフ
レームがＰピクチャであるときに、このフレームの画素
データを読み込む処理（図２のステップＳ１３１）の詳
細なフローチャートである。図５を参照すると、圧縮す
るＰピクチャがキャプチャ済みであるかどうかを判断し
て（ステップＳ２２１）、そうでない場合はタイマ３３
により待ち時間を計測する（ステップＳ２２２）。そう
である場合はキャプチャ部１１のバッファ３１より圧縮
するＰピクチャの原画像を読み込む（ステップＳ２２
３）。
【００３８】図６は図３のフレームレートの初期設定
（ステップＳ２０２）の詳細なフローチャートであり、
図７は図３のフレームレートの更新（ステップＳ２０
４）の詳細なフローチャートである。
【００３９】フレームレートの初期設定の処理を図６を
参照して説明する。
【００４０】まず、以下の計算式により実質フレームレ
ートの初期値を求める（ステップＳ３０１）。
【００４１】実質フレームレートの初期値＝Ｔ［（Ｆ１
×（Ｖ２／Ｖ１）×α２）］ 但し、 Ｆ１：基準画像の実質フレームレート Ｖ１：基準画像のサイズ Ｖ２：現在の画像サイズ α２：補正値（１＜１） ここで、Ｔ［］は、切り上げ、切り捨て又は四捨五入を
表す。また、α２の値は圧縮処理にゆとりを持たせるた
めの係数であり、動画像符号化装置毎に異なる。基準画
像サイズと基準画像は、実質フレームレートが基準フレ
ームレートとなるように定められたものである。
【００４２】例えば、 Ｆ１＝１２．２ Ｖ１＝１７６×１４４＝２５３４４ Ｖ２＝３２０×２４０＝７６８００ α２＝０．８ の場合は、実質フレームレートの初期値は、Ｔ［］が切
り捨てを表すとすれば、Ｔ［(12.2x(76800/25344)x0.
8)］=Ｔ［29.57］=29となる。
【００４３】次に実質フレームレートとの最小公倍数が
最も小さい出力フレームレートを選択する（ステップＳ
３０２）。この出力フレームレート[frame/sec]は２
３．９７６、２４、２５、２９．９７、３０の値から選
択される。例えば実質フレームレートが８の場合は２４
となる。なお、処理を簡単にするために最も約数の多い
２４に固定しても良い。
【００４４】フレームレートの更新の処理を図７を参照
して説明する。
【００４５】最後にフレームレートを更新してからのキ
ャプチャ時の待ち時間の合計を求めて（ステップＳ３１
１）、最後にフレームレートを更新してからの挿入した
差分がないフレーム（Ｂピクチャ）の数を求めて（ステ
ップＳ３１２）、現在の出力フレームレートを取り出し
て（ステップＳ３１３）、以下の計算式により１フレー
ム当たりの圧縮処理時間Ｌを求める（ステップＳ３１
４）。
【００４６】１フレーム当たりの圧縮処理時間Ｌ＝
（（Ｆ／Ｒ）−Ｔ））／（Ｆ−Ｂ）ｘα３ 但し、 Ｆ：最後に実質フレームレートを更新してから圧縮した
フレーム数 Ｒ：現在の出力フレームレート Ｂ：最後に実質フレームレートを更新してから挿入した
差分がないフレー ム（Ｂピクチャ）の数 Ｔ：最後に実質フレームレートを更新してからのキャプ
チャ時の待ち時間の合計 α３：補正値（α３＞１） このα３の値は圧縮処理にゆとりを持たせるための係数
であり、動画像符号化装置毎に異なる。また、圧縮処理
時間は、Ｉピクチャに対してもＰピクチャに対しても同
一であると仮定しているが、Ｉピクチャの数に対してＰ
ピクチャの数は多いので問題とはならない。
【００４７】例えば、 Ｆ＝４９[frame] Ｒ＝２４[frame/sec] Ｂ＝２５[frame] Ｔ＝１６０[msec] α３＝１．０５ の場合は、１フレーム当たりの圧縮処理時間Ｌは、 (49/24-160/1000)/(49-25)x1.01=80.49[msec/frame] となる。
【００４８】次に１フレーム当たりの圧縮処理時間Ｌの
値の逆数から実質フレームレートの値を計算して、結果
が少数の場合は切り上げ／切り捨て／四捨五入を行い、
整数にする（ステップＳ３１５）。例えば、 Ｌ＝８０．４９[msec/frame] の場合は、更新した実質フレームレートは、 １０００／８０．４９[frame/sec] の、小数点を切り捨てて12[frame/sec]となる。
【００４９】次に、実質フレームレートとの最小公倍数
が最も小さい出力フレームレートを選択する（ステップ
Ｓ３１６）。この出力フレームレート[frame/sec]は２
３．９７６、２４、２５、２９．９７、３０の値から選
択される。例えば実質フレームレートが８の場合は２４
となる。なお、処理を簡単にするために最も約数の多い
２４に固定しても良い。
【００５０】また、図８はピクチャ種別を判定する処理
（図２のステップＳ１０２）のフローチャートである。
図８では最後に実質フレームレート及び出力フレームレ
ートを更新してから圧縮したフレーム数を求めて（ステ
ップＳ４０１）、現在の実質フレームレートを取り出し
て（ステップＳ４０２）、現在の出力フレームレートを
取り出す（ステップＳ４０３）。次にメモリ３２に格納
しているＢカウンタの値（初期値は０）が０以上である
かどうかを判断して（ステップＳ４０４）、そうでない
場合は以下の計算式から次回にＩフレーム又はＰフレー
ムとの間に挿入するＢピクチャのフレーム数を計算して
Ｂカウンタに格納する（Ｓ７５）。
【００５１】Ｂピクチャのフレーム数＝Ｔ［（Ｋ×Ｒ１
／Ｒ２）−Ｎ−１］ 但し、 Ｎ：最後にフレームレートを更新してから圧縮したフレ
ーム数 Ｋ：Ｂピクチャのフレーム数の計算の計算回数（フレー
ムレートを更新する度に１から始まる） Ｒ１：現在の出力フレームレート Ｒ２：現在の実質フレームレート ここで、Ｔ［］は、切り上げ、切り捨て又は四捨五入を
表す。
【００５２】例えば、 Ｎ＝４ Ｋ＝３ Ｒ１＝２４ Ｒ２＝１２ の場合は、次回にＩフレーム又はＰフレームとの間に挿
入するのＢピクチャのフレーム数は、 （３×２４／１２）−４−１＝１ となる。
【００５３】次に、最後にフレームレートを更新してか
ら圧縮したフレーム数が出力フレームレートの倍数であ
るかどうかを判断する（ステップＳ４０６）。そうであ
る場合は圧縮するピクチャ種別をＩピクチャにする（ス
テップＳ４０７）。また、倍数でない場合は圧縮するピ
クチャ種別をＰピクチャにする（ステップＳ４０８）。
こうすることにより１秒に１回だけフレームはＩピクチ
ャとなる。従ってステップｓ４０６の判定基準を変える
ことにより、Ｉピクチャのレートを変えることが出来
る。
【００５４】また、Ｂカウンタの値が０以上である場合
は圧縮するピクチャ種別をＢピクチャにして（ステップ
Ｓ４０９）、Ｂカウンタを１減算する（ステップＳ４１
０）。
【００５５】次に具体例を用いて説明する。
【００５６】図９はＢピクチャの処理の負荷を削除する
ことでリアルタイムに圧縮できることを説明する図であ
る。図９では縦に積まれた棒はＩピクチャやＰピクチャ
の圧縮処理時間の合計を示していて、各ピクチャの圧縮
処理時間の合計が出力フレームレートに応じた時間／フ
レームの右上がりの直線よりも下にあればリアルタイム
で処理できることになる。フレーム番号毎に圧縮処理を
説明する。
【００５７】１フレーム目 Ｉピクチャの圧縮なのでＩピクチャの圧縮を始める。
【００５８】２フレーム目 本来はＢピクチャの圧縮を行うが、まだＩピクチャの圧
縮が終了していないのでＩピクチャの圧縮を継続する。
【００５９】３フレーム目 本来はＢピクチャの圧縮を行うが、まだＩピクチャの圧
縮が終了していないのでＩピクチャの圧縮を継続する。
なお、Ｉピクチャの圧縮が終了後に２つのＢピクチャを
実際には圧縮しないで差分がないフレームであることを
示す符号を作成する。この時の処理時間はほとんど無視
できる。
【００６０】４フレーム目 Ｐピクチャを圧縮するが、まだそのフレームをキャプチ
ャしていないので、キャプチャするのを待ってから圧縮
を始める。この待ち時間がキャプチャ待ち時間である。
【００６１】５フレーム目 本来はＢピクチャの圧縮を行うが、まだＰピクチャの圧
縮が終了していないのでＰピクチャの圧縮を継続する。
【００６２】６フレーム目 本来はＢピクチャの圧縮を行うが、まだＰピクチャの圧
縮が終了していないのでＰピクチャの圧縮を継続する。
なお、Ｐピクチャの圧縮が終了後に２つのＢピクチャを
実際には圧縮しないで差分がないフレームであることを
示す符号を作成する。この時の処理時間はほとんど無視
できる。
【００６３】７フレーム目 Ｐピクチャを圧縮するが、まだそのフレームをキャプチ
ャしていないので、キャプチャするのを待ってから圧縮
を始める。以降、同様にして圧縮を繰り返す。
【００６４】このように圧縮性能が低くて１フレームの
圧縮処理時間が長くかかっても、Ｂピクチャの圧縮処理
時間を削除できるのでリアルタイムに圧縮できる。
【００６５】なお、図８にしめす動作により、２フレー
ム目、３フレーム目、５フレーム目、６フレームはＢピ
クチャとして扱われる。
【００６６】また、図１０はＧＯＰ構成を説明する図で
ある。図１０の例では出力フレームレートが２４[frame
/sec]で実質フレームレートが９[frame/sec]となってい
る。具体的には以下に示す計算式で与えられる値Ｇを使
用して、ＩピクチャとＰピクチャが均等に散らばるよう
に配置する。
【００６７】Ｇ＝Ｔ［Ｎ×Ｒ１／Ｒ２］ 但し、 Ｎ：今までに圧縮したフレーム数 Ｒ１：出力フレームレート Ｒ２：実質フレームレート ここで、Ｔ［］は、切り上げ、切り捨て又は四捨五入を
表す。
【００６８】値Ｇは、Ｉピクチャ又はＰピクチャのフレ
ーム番号となる。値Ｇが出力フレームレートの倍数であ
る場合はＩピクチャのフレーム番号として、そうでない
場合はＰピクチャのフレーム番号とすることにより１秒
に１回だけフレームはＩピクチャとなる。
【００６９】また、ＭＰＥＧ１の出力フレームレートに
は２３．９７６[frame/sec]、２４[frame/sec]、２５[f
rame/sec]、２９．９７[frame/sec]、３０[frame/sec]
の数種類あるが、圧縮効率を上げるためにＢピクチャの
数がなるべく少なくなるようにするには実質フレームレ
ートとの最小公倍数が最も小さい出力フレームレートを
選択するのが良い。つまり、実質フレームレートが２[f
rame/sec]、３[frame/sec]、４[frame/sec]、６[frame/
sec]、８[frame/sec]、１２[frame/sec]の場合は出力フ
レームレートは２４[frame/sec]を選択して、実質フレ
ームレートが５[frame/sec]の場合は出力フレームレー
トは２５[frame/sec]を選択するのが良い。ただし、処
理を簡単にするために出力フレームレートを最も約数の
多い２４[frame/sec]に固定しても良い。
【００７０】図１０の例ではＮ=0の場合は0x24/9=0なの
で０番目のフレームはＩピクチャとなり、Ｎ=1の場合は
1x24/9=2.666なので四捨五入して３番目のフレームはＰ
ピクチャとなり、その間の１〜２番目のフレームはＢピ
クチャとなる。次にＮ＝2の場合は2x24/9=5.33なので四
捨五入して５番目のフレームはＰピクチャとなり、その
間の４番目のフレームはＢピクチャとなる。これ以降も
同様な計算を繰り返してピクチャ種別を決める。
【００７１】また、図１１に差分データが全くない時の
Ｂピクチャの符号列例を示す。図１１のアルファベット
は符号の種類を表し、アルファベットの右側のビット数
は符号のビット数を表し、ビット数の右側の数値は符号
の値を示す。末尾に（Ｈ）が付いている値は１６進数の
値であり、末尾に（Ｄ）が付いている値は１０進数の値
であり、末尾に何も付いていない値は２進数の値であ
る。Ｂピクチャの符号列は、フレームの先頭を示すＰＳ
Ｃ(Picture Start Code)の符号から始まる。符号ＴＲの
後のＰＣＴ(Picture Coding Type)の値は０１１（Ｂ）
であり、この値は、現在のフレームがＢピクチャである
ことが示している。圧縮データはマクロブロック単位で
記述する。ＭＢＡＩ(Macro Block Address Increment)
は前のマクロブロックからの増加分を示し、先頭のＭＢ
ＡＩの値は１である。ＭＢＡＩに続くＭＢＴＹＰＥ(Mac
ro Block Type)はマクロブロックの形式を記述するが、
そのうちのＭＢＰの値が０ということはそのマクロブロ
ックには符号化するデータがないことを示している。Ｍ
ＢＴＹＰＥの値である００１０は可変長符号の値であ
り、図１１に示すＭＢＴＹＰＥに含まれる５つの要素の
値が符号化されたときの値である。ＭＢＡＩ〜ＭＶＦに
続くＭＢ ＥＳＣ(Macro Block Escape)は３３個分のマ
クロブロックに符号化データがないことが示している。
これが２回記述されているので６６個分のマクロブロッ
クに符号化データがないことが分かる。続くＭＢＡＩの
値は１３であり、この値は、さらに１２個のマクロブロ
ックには符号化データがないことをしめす。ＭＢＡＩに
続くＭＢＹＴＥ中のＭＢＰの値の０は、スキップした１
２個のマクロブロックに続く１３個目のマクロブロック
にも符号化データがないことを示す。従って符号化され
ないマクロブロック数は１＋２×３３＋１３＝８０であ
るが、この例で示したフレームは８０個のマクロブロッ
クより構成されているので、図１１の符号列は、フレー
ム中の全てのマクロブロックが符号化されていないこと
を示している。このＢフレームの符号列のビット数は、
２つのＭＢ ＥＳＣとこれらを挟む符号のビット数を合
わせて、２×１１＋１３５＝１５７ビットとなる。
【００７２】また、ＭＢ ＥＳＣの数を増減することに
より任意の画像サイズに応じて差分がないフレームであ
ることを示す符号を生成することができる。ＭＢ ＥＳ
Ｃの数は以下の計算式から求められる。
【００７３】 ＭＢ ＥＳＣの数＝（ＭＢ−ＭＢ１−ＭＢ２）／ＭＢ３ 但し、 ＭＢ ：１画面分のマクロブロックの個数 ＭＢ１：先頭のＭＢＡＩ〜ＭＶＦで示されるマクロブロ
ックの数（１個） ＭＢ２：最後のＭＢＡＩ〜ＭＶＦで示されるマクロブロ
ックの最大数（３３個） ＭＢ３：１個のＭＢ ＥＳＣで示されるマクロブロック
の数（３３個） また、最後のＭＢＡＩはスキップするマクロブロック数
により符号が異なるので最大ビット数は１１ビットとな
り、ＭＢＥＳＣを除いた最大ビット数は１４２ビットと
なる。
【００７４】このように差分がないフレームであること
を示す符号を作成する処理は非常に単純な処理なので、
実際に圧縮する処理に比べて無視できるほど負荷が軽
い。
【００７５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動画像符号化装置の性能に合わせて高能率に圧縮できる
ことにある。何故ならば、両方向フレーム間圧縮を行う
フレームが差分がないフレームであることを示す符号を
生成することにより実質的なフレームレートを動画像符
号化装置がリアルタイムで圧縮できるフレームレートに
合わせることができるからである。
【００７６】また、本発明によれば、動画像符号化装置
の動作中に圧縮性能が変わってもそれに合わせて実質的
なフレームレートを変えられることにある。何故なら
ば、両方向フレーム間圧縮を行うフレームが差分がない
フレームであることを示す符号の割合をキャプチャ時の
待ち時間とＢピクチャを挿入したフレーム数等から再計
算して動的に変えることができるからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態による動画像符号化装置の構
成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態による動画像符号化装置の動
作を示すフローチャートである。
【図３】図２のフレームレート処理の詳細を示すフロー
チャートである。
【図４】図２のＩピクチャの読み込みの詳細を示すフロ
ーチャートである。
【図５】図２のＰピクチャの読み込みの詳細を示すフロ
ーチャートである。
【図６】図３のフレームレートの初期設定の詳細を示す
フローチャートである。
【図７】図３のフレームレートの更新の詳細を示すフロ
ーチャートである。
【図８】図２の現在のフレームのピクチャ判別の詳細を
示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態によるＢピクチャの処理の負
荷を削除することでリアルタイムに圧縮できることを説
明する図である。
【図１０】本発明の実施形態によるＧＯＰ構成を説明す
る図である。
【図１１】差分データが全くないＢピクチャの符号列の
例を示す図である。
【図１２】ＭＰＥＧ方式の符号の階層構造を示す図であ
る。
【図１３】ＭＰＥＧ方式に準拠した符号フォーマットの
階層図を示した図である。
【符号の説明】
１１ キャプチャ部 １２ フレーム判定部 １３ 同一フレーム符号生成部 １４ 減算器 １５ 離散コサイン変換部 １６ 量子化器 １７ 可変長符号化部 １８ 逆量子化器 １９ 逆離散コサイン変換部 ２０ 加算器 ２１ ビデオメモリ ２２ 動き検索部 ２３ 動き補償部 ２４ スイッチ ２５ マルチプレクサ ４１ 符号化部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動画像の一部のフレームをフレーム内符
    号化し、該フレーム内符号化されたフレームに挟まれる
    フレームの一部を前方フレーム間符号化し、前記フレー
    ム内符号化されたフレーム（Ｉピクチャ）又は前記前方
    フレーム間符号化されたフレーム（Ｐピクチャ）と前記
    フレーム内符号化されたフレーム（Ｉピクチャ）又は前
    記前方フレーム間符号化されたフレーム（Ｐピクチャ）
    との間に挟まれるフレーム（Ｂピクチャ）を双方向フレ
    ーム間符号化する動画像符号化装置において、 ＩピクチャとＰピクチャのみを符号化したときに装置が
    単位時間に処理できるピクチャ数である実質フレームレ
    ートと出力フレームレートを基にＢピクチャの数を決定
    する決定手段と、Ｂピクチャを差分が無いフレームであ
    ると扱って符号化する符号化手段とを備えることを特徴
    とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の動画像符号化装置にお
    いて、前記符号化手段は前記Ｂピクチャの符号列として
    前記動画像のフレームの大きさにより決まる符号列を生
    成することを特徴とする動画像符号化装置。
  3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載の動画像符号化装
    置において、前記決定手段は、装置が最大限に稼働する
    ように前記Ｂピクチャの数を決定することを特徴とする
    動画像符号化装置。
  4. 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の
    動画像符号化装置において、前記決定手段は、前記Ｉピ
    クチャ又はＰピクチャと前記Ｉピクチャ又はＰピクチャ
    の間のＢピクチャの数が最大限に揃うように前記Ｂピク
    チャの数を決定することを特徴とする動画像符号化装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の
    動画像符号化装置において、前記実質フレームレートと
    出力フレームレートとの最小公倍数が最小となるような
    出力フレームレートを複数の所定の出力フレームレート
    から選択する手段を備えることを特徴とする動画像符号
    化装置。
  6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
    動画像符号化装置において、前記実質フレームレートを
    最後に実質フレームレートを更新してから圧縮したフレ
    ーム数と、現在の出力フレームレートと、最後に実質フ
    レームを更新してから挿入したＢピクチャの数と、最後
    にフレームレートを更新してからのキャプチャ待ち時間
    の合計を基に算出して更新する手段を更に備えることを
    特徴とする動画像符号化装置。
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