JP2000115786A

JP2000115786A - 符号化装置、記録装置および符号化方法

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Publication number: JP2000115786A
Application number: JP20310399A
Authority: JP
Inventors: Hideki Fukuda; 秀樹福田; Hideaki Shibata; 英明芝田; Kazuhiko Nakamura; 和彦中村; Toshiyuki Kondo; 敏志近藤
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-07-22
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2000-04-21

Abstract

(57)【要約】【課題】映像や音声等の信号の符号化処理において、
連続入力される信号をリアルタイムに符号化する場合で
あっても、低い符号化レートで、かつ、品質の高い再生
信号が得られるようにする。【解決手段】量子化器１０１は入力信号Ｓｖに対して
量子化処理を行い、符号化器１０２は量子化器１０１の
出力に対して符号化処理を行い、符号化データＳｃを出
力する。量子化パラメータ供給手段１０は量子化器１０
１に、シーンチェンジ検出器１１４がシーンチェンジを
検出したときは、チェンジ後のシーンに応じて決定した
量子化パラメータＱ２を供給する一方、そうでないとき
はレートが安定するように決定した量子化パラメータＱ
３を供給する。これにより、平均符号化レート制御と各
シーンに適応した符号化処理とを併せて実現することが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像信号や音声信
号のような信号を符号化する技術、および符号化データ
を記録媒体に記録する技術に属する。

【０００２】

【従来の技術】映像信号の符号化として、画像を近接す
る複数の画素からなるブロックに分割し、ブロック毎に
離散コサイン変換等の直交変換を行う変換符号化方法
が、一般に用いられている。この方法は、変換係数を所
定の量子化幅（量子化パラメータ）を用いて量子化処理
し、ハフマン符号などの可変長符号化を用いて、圧縮符
号化するものである。

【０００３】また、テレビ信号などの動画像の符号化に
おいては、各フレーム間の相関を利用したフレーム間符
号化が行われる。フレーム間符号化では、符号化対象フ
レームの画像を、時間的に前または後に位置するフレー
ムを参照フレームとして予測し、その予測誤差信号を符
号化し、伝送または記録する。フレーム間予測は、複数
の画素からなるブロック毎に行われ、各ブロックの動き
量は、予測誤差信号とともに伝送または記録される。

【０００４】図２２は動画像符号化方法の国際標準方式
としてのＭＰＥＧ（Moving PictureExperts Group）符
号化方式を示す図である。ＭＰＥＧはフレーム内符号
化、前方向フレーム間予測符号化、両方向フレーム間予
測符号化を行う方式である。フレーム内符号化処理を行
うフレームをＩフレーム、前方向フレーム間予測符号化
処理を行うフレームをＰフレーム、両方向フレーム間予
測符号化処理を行うフレームをＢフレームと呼ぶ。複数
フレームで構成されるＧＯＰ（Group Of Picture）にお
いて、少なくとも１フレームはフレーム内符号化処理が
行われる。

【０００５】このような符号化では可変長符号化が用い
られているため、その発生ビット量は、符号化処理の後
でないと正しくは認識できない。したがって、発生ビッ
ト量と所定の目標ビット量との誤差符号量を累積した累
積誤差符号量が０になるようにフィードバック制御を行
い、所定期間の平均符号化レートが目標符号化レートに
収まるようにする。

【０００６】また、ＤＶＤ（Digital Video Disc）等に
おいては、映像シーンの符号化に対する難易度に応じた
符号化レートによって符号化を行う可変レート符号化方
式も、用いられ始めている。この方式は、符号化難度が
高いシーンでは、符号化レートを高めることによって符
号化によるノイズを低減し、一方、動きの少ないシーン
など符号化難度が低いシーンでは、符号化レートを下げ
ることによって、映像全体の画質バランスを均一にし、
かつ、平均的なビットレートは小さくする、というもの
である。

【０００７】可変レート符号化は、量子化処理における
量子化パラメータを固定することによって、最も簡易に
実現することができる。量子化パラメータを固定する
と、量子化処理の細かさは一定となるが、符号化難度の
高いシーンは低いシーンに比べて符号化レートが高まる
ことになり、この結果、可変レートとなる。

【０００８】図２３はフィードバック制御による平均レ
ート制御を行う従来の符号化装置の構成を示すブロック
図である。図２３において、入力されたビデオ信号は、
量子化器７０１によって、レート制御用量子化幅決定器
７０４によって決定された量子化パラメータＱを用いて
量子化処理される。量子化器７０１の出力は可変長符号
化器７０２によって可変長符号化され、符号化データと
して出力される。符号量測定器７０３は所定期間ｔに発
生する符号化データの符号量Ｂを測定する。

【０００９】レート制御用量子化幅決定器７０４におい
て、誤差符号量測定器７１１は発生符号量Ｂと目標符号
化レートに基づいた目標符号量ＢＴとの誤差ｄ（＝Ｂ−
ＢＴ）を測定する。累積誤差符号量測定器７１２は、誤
差符号量ｄを累積し、累積符号量Ｄを求める。量子化幅
決定器７１３は累積符号量Ｄが０になるように量子化パ
ラメータＱを制御する。

【００１０】累積誤差符号量Ｄが正方向に大きいとき
は、発生符号量Ｂを抑えるために、量子化パラメータＱ
を大きくなる方向に変化させる。逆に、累積誤差符号量
Ｄが負方向になると、発生符号量Ｂを大きくするため
に、量子化パラメータＱを小さくする方向に変化させ
る。例えば、次式のように、量子化パラメータＱを決定
すればよい。Ｑ＝Ｑ’／（１−Ｄ／Ｔ）

【００１１】ここで、Ｑ’は直前の量子化処理において
用いた量子化パラメータであり、Ｔはフィードバック制
御のための時定数である。期間Ｔにおいて累積誤差符号
量Ｄが０になり、期間Ｔにおける平均符号化レートを目
標符号化レートにすることができる。

【００１２】ここで、時定数Ｔを十分大きくすることに
よって、期間Ｔにおいて可変レート符号化を実現でき
る。これは、時定数Ｔが十分大きいとき、量子化パラメ
ータＱの変化度合は小さいので、量子化パラメータＱは
ほぼ一定になるからである。これにより、符号化難度の
高いシーンでは符号化レートは相対的に高まり、符号化
難度の低いシーンでは符号化レートは低くなり、映像シ
ーンの符号化難度に応じた符号化レートによって符号化
処理が行われる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
平均レート制御を用いた符号化処理には、次のような問
題がある。

【００１４】符号化処理によって生じた符号化ノイズを
人間の視覚が知覚するときの感度は、その映像シーンの
符号化難度によって、大きく異なる。すなわち、符号化
難度の低いシーン（例えば「青空」のような画像全体が
ほぼ均一な映像）では、符号化難度の高いシーン（例え
ば「人混み」のようなごちゃごちゃした動きの激しい映
像）と比べて、符号化ノイズが目につきやすい。言い換
えると、符号化ノイズに対する視覚の感度は、符号化難
度の低いシーンの方が、符号化難度の高いシーンより
も、相対的に高い。

【００１５】したがって、量子化パラメータをほぼ一定
にして符号化する場合、発生する符号化ノイズの程度
が、符号化難度の高いシーンでは画質劣化にはならない
程度のものであったとしても、符号化難度の低いシーン
では、大きな画質劣化を引き起こす可能性がある。

【００１６】また、従来の平均レート制御の場合、符号
化難度が高いシーンから符号化難度の低いシーンにシー
ンチェンジしたとき、累積誤差符号量が大きい場合に
は、量子化パラメータは大きくなるように制御される。
しかし、符号化難度の低いシーンでは、量子化パラメー
タが大きくなることによる発生符号量の減少効果は小さ
いので、この場合には、符号化レートが目標符号化レー
トに近づく効果よりも、画質が劣化する効果の方が大き
い、という可能性がある。

【００１７】さらに、フィードバック制御によって、量
子化パラメータや発生符号量が発振してしまい、画質が
大きく変動する場合もある。

【００１８】一方、信号の符号化難度を予め測定するこ
とによって、各シーンに対して最適な符号量や量子化パ
ラメータを決定することは可能であるが、この場合に
は、符号化難度を測定するための時間が必要になるの
で、符号化処理をリアルタイムに行うことは困難であ
る。

【００１９】前記の問題に鑑み、本発明は、映像や音声
等の信号の符号化処理において、連続入力される信号を
リアルタイムに符号化する場合であっても、低い符号化
レートで、かつ、品質の高い再生信号が得られるように
することを課題とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明が講じた解決手段は、映像を表す
または映像に付随する信号を量子化処理を用いて符号化
する方法として、前記映像におけるシーンチェンジの有
無を検出し、シーンチェンジを検出したときは、チェン
ジ後のシーンに応じて量子化パラメータを決定する一
方、シーンチェンジを検出しない間は符号化レートが安
定するように量子化パラメータを決定し、決定した量子
化パラメータを用いて量子化処理を行うものである。

【００２１】請求項１の発明によると、同一シーンにお
いては、符号化レートが安定するように量子化パラメー
タが制御される一方、シーンチェンジが起きたときはそ
のシーンに応じた量子化パラメータが決定される。この
ため、連続的に入力される信号をリアルタイムに符号化
する場合であっても、平均符号化レート制御と各シーン
に適応した符号化処理とを、併せて実現することがで
き、これにより、より低い符号化レートにおいて、バラ
ンスのとれた品質の高い再生信号を得ることができる。

【００２２】請求項２の発明では、前記請求項１の符号
化方法は、シーンチェンジを検出したとき、チェンジ後
の前記信号の符号化難度に応じて、量子化パラメータを
決定するものとする。

【００２３】請求項３の発明では、前記請求項１の符号
化方法は、シーンチェンジを検出したとき、前記信号の
符号化難度に応じた割り当て係数と、シーンチェンジか
ら所定期間の間の発生符号量とを基にして、量子化パラ
メータを決定するものとする。

【００２４】請求項４の発明では、前記請求項３の符号
化方法は、前記割り当て係数を目標符号化レートに基づ
いて求めるものとする。

【００２５】請求項５の発明では、前記請求項３の符号
化方法は、前記割り当て係数を、シーンチェンジ検出の
前の所定期間における量子化パラメータの平均値と前記
所定期間における発生符号量の平均値とを基にして求め
るものとする。

【００２６】請求項６の発明では、前記請求項１の符号
化方法は、シーンチェンジを検出しない間、発生符号量
と目標符号量との差である誤差符号量の累積値を求め、
この累積誤差符号量を用いたフィードバック制御によっ
て量子化パラメータを決定するものとする。

【００２７】請求項７の発明では、前記請求項６の符号
化方法は、前記誤差符号量を用いて前記フィードバック
制御の特性を補正するものとする。

【００２８】請求項７の発明によると、シーンの符号化
難度に応じた平均レート制御を行うことができるので、
特に符号化難度の低いシーンにおける画質劣化を防止す
ることができる。また、フィードバック制御における発
生符号量および量子化パラメータの発振も抑制すること
ができる。

【００２９】請求項８の発明では、前記請求項６の符号
化方法は、符号化処理の経過時間を測定し、測定した経
過時間を用いて、前記フィードバック制御の特性を補正
するものとする。

【００３０】請求項８の発明によると、例えば、符号化
開始時は緩やかなフィードバック制御を行うことによっ
て、可変符号化レートの自由度を増すことができ、より
シーンに適した符号化レートの符号化処理が可能にな
る。一方、符号化処理が進むにつれて、強いフィードバ
ック制御を行うことによって、平均符号化レートが目標
符号化レートにより近づき、符号化終了時の誤差符号量
を小さくすることが可能になる。

【００３１】請求項９の発明では、前記請求項１の符号
化方法は、シーンチェンジを検出したとき、シーンチェ
ンジ後の映像の歪み感度を検出し、検出した歪み感度に
応じて量子化パラメータを決定するものとする。

【００３２】請求項９の発明によると、例えば、歪み感
度の高いシーンでは量子化パラメータを小さくする一
方、歪み感度の低いシーンでは量子化パラメータを大き
くすることによって、全体的な画質の均一化を図りつ
つ、発生符号量を抑制することができ、低い符号化レー
トにおいて高い品質の再生信号を得ることができる。

【００３３】請求項１０の発明では、前記請求項１の符
号化方法は、シーンチェンジを検出したとき、シーンチ
ェンジ後の映像の歪み感度を検出し、検出した歪み感度
に応じて第１の量子化パラメータを決定し、シーンチェ
ンジから所定の期間の間発生符号量を測定し、測定した
発生符号量に基づいて第２の量子化パラメータを決定す
るものとする。

【００３４】請求項１１の発明では、前記請求項１の符
号化方法は、符号化データを記録媒体に記録しつつ、前
記記録媒体の記録可能な記録容量を測定し、量子化パラ
メータの決定を、測定した記録容量を加味して行うもの
とする。

【００３５】また、請求項１２の発明が講じた解決手段
は、信号を量子化処理を用いて符号化する方法として、
前記信号の符号化難度に応じた割り当て係数と発生符号
量とを基にして、量子化パラメータを決定し、決定した
量子化パラメータを用いて量子化処理を行うものであ
り、前記割り当て係数を、所定期間における量子化パラ
メータの平均値と前記所定期間における発生符号量の平
均値とを基にして求めるものである。

【００３６】また、請求項１３の発明では、信号を量子
化処理を用いて符号化する方法として、発生符号量と目
標符号量との差である誤差符号量の累積値を求め、この
累積誤差符号量を用いたフィードバック制御によって、
量子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータ
を用いて量子化処理を行うものであり、前記誤差符号量
を用いて前記フィードバック制御の特性を補正するもの
である。

【００３７】また、請求項１４の発明では、信号を量子
化処理を用いて符号化する方法として、発生符号量と目
標符号量との差である誤差符号量の累積値を求め、この
累積誤差符号量を用いたフィードバック制御によって量
子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータを
用いて量子化処理を行うものであり、符号化処理の経過
時間を測定し、測定した経過時間を用いて前記フィード
バック制御の特性を補正するものである。

【００３８】また、請求項１５の発明では、映像信号を
量子化処理を用いて符号化する方法として、映像の歪み
感度を検出し、検出した歪み感度に応じて量子化パラメ
ータを決定し、決定した量子化パラメータを用いて量子
化処理を行うものである。

【００３９】また、請求項１６の発明が講じた解決手段
は、映像を表すまたは映像に付随する信号を符号化する
装置として、前記信号に対して量子化処理を行う量子化
器と、前記量子化器の出力に対して符号化処理を行い、
符号化データを出力する符号化器と、前記量子化器に量
子化パラメータを供給する手段と、前記映像におけるシ
ーンチェンジの有無を検出するシーンチェンジ検出手段
とを備え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シー
ンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出したとき
は、チェンジ後のシーンに応じて決定した量子化パラメ
ータを前記量子化器に供給する一方、前記シーンチェン
ジ検出手段がシーンチェンジを検出しない間は、符号化
レートが安定するように決定した量子化パラメータを前
記量子化器に供給するものである。

【００４０】請求項１６の発明によると、量子化パラメ
ータ供給手段から、同一シーンにおいては、符号化レー
トが安定するような量子化パラメータが量子化器に供給
される一方、シーンチェンジが起きたときはそのシーン
に応じた量子化パラメータが量子化器に供給される。こ
のため、連続的に入力される信号をリアルタイムに符号
化する場合であっても、平均符号化レート制御と各シー
ンに適応した符号化処理とを、併せて実現することがで
き、これにより、より低い符号化レートにおいて、バラ
ンスのとれた品質の高い再生信号を得ることができる。

【００４１】請求項１７の発明では、前記請求項１６の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、前記
シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出したと
き、チェンジ後の前記信号の符号化難度に応じて量子化
パラメータを決定するものとする。

【００４２】請求項１８の発明では、前記請求項１６の
符号化装置において、前記符号化データの符号量を測定
する符号量測定器を備えたものとし、前記量子化パラメ
ータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーン
チェンジを検出したとき、前記信号の符号化難度に応じ
た割り当て係数と、所定期間の間に前記符号量測定器に
よって測定された符号量とを基にして、量子化パラメー
タを決定するものとする。

【００４３】請求項１９の発明では、前記請求項１８の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、前記
割り当て係数を目標符号化レートに基づいて求めるもの
とする。

【００４４】請求項２０の発明では、前記請求項１８の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、前記
割り当て係数を、シーンチェンジ検出の前の所定期間に
おける量子化パラメータの平均値と前記所定期間におけ
る発生符号量の平均値とを基にして求めるものとする。

【００４５】請求項２１の発明では、前記請求項１６の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、前記
シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出しない
間、発生符号量と目標符号量との差である誤差符号量の
累積値を求め、この累積誤差符号量を用いたフィードバ
ック制御によって量子化パラメータを決定するものとす
る。

【００４６】請求項２２の発明では、前記請求項２１の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、前記
誤差符号量を用いて前記フィードバック制御の特性を補
正するものとする。

【００４７】請求項２３の発明では、前記請求項２１の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、符号
化処理の経過時間を測定し、測定した経過時間を用いて
前記フィードバック制御の特性を補正するものとする。

【００４８】請求項２４の発明では、前記請求項１６の
符号化装置における量子化パラメータ供給手段は、前記
シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出したと
き、シーンチェンジ後の映像の歪み感度を検出し、検出
した歪み感度に応じて量子化パラメータを決定するもの
とする。

【００４９】請求項２５の発明では、前記請求項１６の
符号化装置において、前記符号化データの符号量を測定
する符号量測定器を備え、前記量子化パラメータ供給手
段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを
検出したとき、シーンチェンジ後の映像の歪み感度を検
出し、検出した歪み感度に応じて第１の量子化パラメー
タを決定し、所定の期間が経過した後、前記符号量測定
器によって測定された符号量に基づいて第２の量子化パ
ラメータを決定するものとする。

【００５０】請求項２６の発明が講じた解決手段は、信
号を符号化する装置として、前記信号に対して量子化処
理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号
化処理を行い、符号化データを出力する符号化器と、前
記符号化データの符号量を測定する符号量測定器と、前
記量子化器に量子化パラメータを供給する手段とを備
え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記信号の符号
化難度に応じた割り当て係数と前記符号量測定器によっ
て測定された符号量とを基にして、量子化パラメータを
決定するものとし、かつ、前記割り当て係数を、所定期
間における量子化パラメータの平均値と前記所定期間に
おける発生符号量の平均値とを基にして求めるものとす
る。

【００５１】請求項２７の発明が講じた解決手段は、信
号を符号化する装置として、前記信号に対して量子化処
理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号
化処理を行い、符号化データを出力する符号化器と、前
記符号化データの符号量を測定する符号量測定器と、前
記量子化器に量子化パラメータを供給する手段とを備
え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記符号量測定
器によって測定された符号量と目標符号量との差である
誤差符号量の累積値を求め、この累積誤差符号量を用い
たフィードバック制御によって量子化パラメータを決定
するものであり、かつ、前記誤差符号量を用いて前記フ
ィードバック制御の特性を補正するものとする。

【００５２】請求項２８の発明が講じた解決手段は、信
号を符号化する装置として、前記信号に対して量子化処
理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号
化処理を行い、符号化データを出力する符号化器と、前
記符号化データの符号量を測定する符号量測定器と、前
記量子化器に量子化パラメータを供給する手段とを備
え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記符号量測定
器によって測定された符号量と目標符号量との差である
誤差符号量の累積値を求め、この累積誤差符号量を用い
たフィードバック制御によって量子化パラメータを決定
するものであり、かつ、符号化経過時間を測定し、測定
したこの符号化経過時間を用いて、前記フィードバック
制御の特性を補正するものとする。

【００５３】請求項２９の発明が講じた解決手段は、映
像信号を符号化する装置として、前記映像信号に対して
量子化処理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対
して符号化処理を行い、符号化データを出力する符号化
器と、前記量子化器に量子化パラメータを供給する手段
とを備え、前記量子化パラメータ供給手段は、映像の歪
み感度を検出し、検出した歪み感度に応じて量子化パラ
メータを決定するものとする。

【００５４】請求項３０の発明が講じた解決手段は、映
像を表すまたは映像に付随する信号を記録媒体に記録す
る装置として、請求項１６記載の符号化装置を備え、前
記符号化装置から出力された符号化データを、記録媒体
に記録するものである。

【００５５】請求項３０の発明によると、平均符号化レ
ート制御と各シーンに適応した符号化処理とが併せて実
現された結果得られた符号化データが記録媒体に記録さ
れるので、より低い符号化レートにおいて、品質の高い
再生信号を得ることができる。

【００５６】請求項３１の発明では、前記請求項３０の
記録装置において、前記記録媒体の記録可能な記録容量
を測定する手段を備え、前記符号化装置が有する量子化
パラメータ供給手段は、前記測定手段によって測定され
た記録容量を加味して量子化パラメータを決定するもの
とする。

【００５７】請求項３１の発明によると、記録媒体の記
録容量に従って、符号化処理の量子化パラメータが決定
されるので、記録容量が限られた記録媒体に確実に信号
を記録することが可能になる。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態
では、符号化の対象となる信号としてビデオ信号を扱う
場合を例にとって説明するが、ビデオ信号以外の信号、
例えば映像に付随する音声信号であっても、同様に扱う
ことができる。

【００５９】（第１の実施形態）図１は本発明の第１の
実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図であ
る。図１に示す符号化装置は、量子化器１０１、可変長
符号化器１０２および符号量測定器１０３、量子化パラ
メータを決定するシーン用決定器１１０およびレート制
御用決定器１１１、並びに、メモリ１１２、選択器１１
３およびシーンチェンジ検出器１１４を備えている。シ
ーン用決定器１１０、レート制御用決定器１１１、メモ
リ１１２および選択器１１３によって、量子化パラメー
タ供給手段１０が構成されている。

【００６０】入力されたビデオ信号（映像信号）Ｓｖ
は、量子化器１０１によって、選択器１１３の出力であ
る量子化パラメータＱを用いて量子化処理され、可変長
符号化器１０２によって可変長符号化されて符号化デー
タＳｃとして出力される。符号量測定器１０３は所定期
間における符号化データの発生符号量Ｂを測定し出力す
る。

【００６１】メモリ１１２は量子化パラメータＱを蓄積
するものであり、所定期間前の量子化パラメータＱを第
１の量子化パラメータＱ１として出力する。シーン用決
定器１１０は、入力ビデオ信号Ｓｖの各シーンを特徴付
けるシーン情報に基づき求めた各シーンの符号化難度に
応じた第２の量子化パラメータＱ２を出力する。レート
制御用決定器１１１は、所定期間の平均符号化レートが
目標符号化レートに近づくように決定した第３の量子化
パラメータＱ３を出力する。

【００６２】シーン用決定器１１０は符号化データＳｃ
の所定期間の発生符号量Ｂをビデオ信号Ｓｖのシーン情
報として用いて、符号化難度に応じた第２の量子化パラ
メータＱ２を決定する。例えば、符号化難度が高いとき
は、符号化レートが高くなるような値を量子化パラメー
タＱ２として決定する。また、符号化難度に加えて、目
標符号化レートを加味して量子化パラメータＱ２を決定
してもよい。例えば目標符号化レートが低レートの場合
は、符号化難度が高いときであっても、符号化レートが
過度に高くならないように量子化パラメータＱ２に補正
をかけることによって、符号化レートが目標符号化レー
トから大きく外れることを防ぐことができる。

【００６３】シーンチェンジ検出器１１４は、例えば入
力ビデオ信号Ｓｖの画面間の変化量を測定することによ
って、シーンチェンジを検出する。

【００６４】選択器１１３はシーンチェンジ検出器１１
４の出力によって制御され、メモリ１１２の出力である
第１の量子化パラメータＱ１、シーン用決定器１１０の
出力である第２の量子化パラメータＱ２、およびレート
制御用決定器１１１の出力である第３の量子化パラメー
タＱ３のうちのいずれか１つを、量子化パラメータＱと
して選択出力する。

【００６５】＜量子化パラメータの選択＞選択器１１３
は通常、メモリ１１２の出力Ｑ１を選択するが、所定期
間毎に、レート制御用決定器１１１の出力Ｑ３を選択す
る。これは、量子化パラメータＱの変動をなるべく小さ
くすることにより、量子化パラメータの変化による画質
の変動を抑制するためである。例えば、符号化処理にお
いて、フレーム内符号化処理とフレーム間符号化処理と
を周期的に行う場合には、フレーム内符号化処理を行う
周期に合わせてレート制御用決定器１１１の出力Ｑ３を
選択する、などとすればよい。

【００６６】また、シーンチェンジ検出器１１４によっ
てシーンチェンジを検出した場合、選択器１１３はシー
ン用決定器１１０の出力である第２の量子化パラメータ
Ｑ２を選択する。

【００６７】図２は選択器１１３の動作を説明するため
の図である。同図中、（ａ）は符号化難度のフレーム毎
の変化、（ｂ）は選択される量子化パラメータＱの推移
をそれぞれ示している。図２では、ＧＯＰ２内において
シーンチェンジが起こり、このシーンチェンジ以降は、
符号化難度の高いシーンに変わったものとしている。

【００６８】図２（ｂ）に示すように、シーンチェンジ
後の先頭フレームにおいて、選択器１１３はシーン用決
定器１１０の出力Ｑ２を選択する。シーン用決定器１１
０は、シーンチェンジの後に符号化難易度の高いシーン
に変わったので、符号化レートが高くなるように第２の
量子化パラメータＱ２を決定する。一般に、同一のシー
ンに対して符号化レートを高めるためには、量子化パラ
メータは小さくすればよい。しかしながら、他のシーン
と比較して相対的に符号化難度が高いシーンでは量子化
パラメータを相対的に大きくしても、十分に高い符号化
レートを得ることができる。このため、図２では、シー
ンチェンジ後の第２の量子化パラメータＱ２は、それま
での量子化パラメータよりも大きな値に決定されてい
る。

【００６９】シーンチェンジ後の先頭フレームにおいて
選択された第２の量子化パラメータＱ２は、メモリ１１
２に蓄積される。次のフレームでは、選択器１１３はメ
モリ１１２に蓄積された量子化パラメータＱ２をＱ１と
して選択出力する。つまり、シーンチェンジ時にメモリ
１１２に蓄積された第２の量子化パラメータＱ２が量子
化パラメータＱとして出力される。その後、再び選択器
１１３の出力Ｑはメモリ１１２に蓄積されるので、結
局、シーンチェンジ後のＧＯＰ２内においては、シーン
チェンジの際にシーン用決定器１１０によって決定され
たＱ２が、量子化処理に用いられる。

【００７０】次に、選択器１１３は、ＧＯＰ３の先頭フ
レームにおいて、レート制御用決定器１１１の出力Ｑ３
を選択する。ＧＯＰ２内のシーンチェンジにおいて、符
号化難易度の高いシーンに変わったために符号化レート
が高くなるように第２の量子化パラメータＱ２を決定し
たが、符号化レートを目標符号化レートに近づけるため
には、符号化レートを抑制する必要がある。したがっ
て、レート制御用決定器１１１は第３の量子化パラメー
タＱ３として、それまでの量子化パラメータよりも大き
な値を決定する。

【００７１】その後、第３の量子化パラメータＱ３はメ
モリ１１２に蓄積される。次のフレームでは、選択器１
１３はメモリ１１２に蓄積された量子化パラメータＱ３
をＱ１として選択出力する。すなわち、ＧＯＰ３の先頭
フレームにおいてメモリ１１２に蓄積された第３の量子
化パラメータＱ３が量子化パラメータＱとして出力され
る。その後、選択器１１３の出力はメモリ１１２に蓄積
されるので、結局、ＧＯＰ３内においては、ＧＯＰ３の
先頭フレームにおいてレート制御用決定器１１１によっ
て決定されたＱ３が、量子化処理に用いられる。

【００７２】なお、ここでの説明では、レート制御用決
定器１１１の出力Ｑ３をＧＯＰ毎に選択するものとした
が、これに限らず、例えば、所定数のフレーム毎に、選
択するようにしてもよい。

【００７３】このように、同一シーン内においては、平
均符号化レートが目標符号化レートに近づくように制御
する一方、シーンチェンジが起きたときは、そのシーン
の符号化難度に応じた量子化パラメータを選択すること
によって、平均符号化レート制御とシーンに適応した符
号化処理とを併せて実現することができる。

【００７４】なお、図１の構成では、メモリ１１２に記
憶された所定期間前の量子化パラメータＱ１を用いて量
子化処理を行うようにしているが、これに限らず、例え
ば、メモリ１１２を設けないで、選択器１１３が、同一
シーン内においてはレート制御用決定器１１１の出力Ｑ
３を選択し、シーンチェンジが起きたときはシーン用決
定器１１０の出力Ｑ２を選択するようにしてもかまわな
い。

【００７５】＜シーン用最適量子化パラメータの決定＞
シーン用決定器１１０は、割り当て係数計算器１２１お
よび量子化幅決定器１２２を備えている。割り当て係数
計算器１２１は所定の目標符号化レートに従って割り当
て係数ａを出力し、量子化幅決定器１２２はメモリ１１
２の出力である所定期間前の量子化パラメータＱ１、シ
ーンチェンジから所定期間の間の発生符号量Ｂ、および
割り当て係数計算器１２１から出力された割り当て係数
ａから、シーンに適応した第２の量子化パラメータＱ２
を出力する。

【００７６】ここで、発生符号量と量子化パラメータと
の関係から、最適なビット割り当てを行うことを考え
る。符号化ノイズは量子化パラメータに比例して大きく
なるので、全画像に関して符号化ノイズを最小化するた
めには、量子化パラメータの総和を最小化すればよい。
この結果、最適なビット割り当てがなされる。

【００７７】発生符号量ｂと量子化パラメータｑとの間
には、ほぼ、次のような関係が成り立つ。ｂ＝Ｘ／ｑここで、Ｘは符号化難度を示すコンプレキシティと呼ば
れる値であり、発生符号量と量子化パラメータとの積で
与えられる。コンプレキシティＸの値は画像によって決
まる一定値である。例えば、２つの画像においては次式
が成立する。画像１ｂ１＝Ｘ１／ｑ１画像２ｂ２＝Ｘ２／ｑ２

【００７８】この２つの画像に対して、量子化パラメー
タの和ＱＡ（＝ｑ１＋ｑ２）が最小になるように、符号
量ＢＴ（＝ｂ１＋ｂ２）を割り当てるものとする。この
とき、ＱＡ＝ｑ１＋ｑ２ ∂ＱＡ／∂ｑ１＝１＋∂ｑ２／∂ｑ１＝０ ∴ ∂ｑ２／∂ｑ１＝−１ …（１）また、ＢＴ＝ｂ１＋ｂ２＝Ｘ１／ｑ１＋Ｘ２／ｑ２ ∂ＢＴ／∂ｑ１＝−Ｘ１／ｑ１²＋∂（Ｘ２／ｑ２）／
∂ｑ１＝０ −Ｘ１／ｑ１²＋∂ｑ２／∂ｑ１・∂（Ｘ２／ｑ２）／
∂ｑ２＝０式（１）を代入して、 −Ｘ１／ｑ１²＋Ｘ２／ｑ２²＝０また、Ｘ１＝ｂ１・ｑ１，Ｘ２＝ｂ２・ｑ２であるか
ら、 −ｂ１／ｑ１＋ｂ２／ｑ２＝０ ∴ ｂ１／ｑ１＝ｂ２／ｑ２＝ａ（一定）したがって、ｂ１＝ａ×ｑ１ｂ２＝ａ×ｑ２となる。すなわち、傾きａをもつ直線と、曲線ｂ＝Ｘ１
／ｑ、ｂ＝Ｘ２／ｑとの交点によって、量子化パラメー
タの総和を最小化するための量子化パラメータｑ１，ｑ
２および符号量ｂ１，ｂ２が、それぞれ求められる。

【００７９】以上の説明では２つの画像について考察し
たが、これ以上の数の画像についても同様であり、画像
毎に求められた発生符号量ｂと量子化幅ｑとの関係式ｂ
＝Ｘ／ｑと、傾きａをもつ直線との交点により、最適な
ビット割り当てを実現する量子化パラメータを求めるこ
とができる。

【００８０】ここで、前述した直線の傾きａは、割り当
て係数計算器１２１によって求められる割り当て係数に
相当する。割り当て係数ａは、画像全体の平均符号化レ
ートおよび各画像の種類（符号化難度）によって、その
値が決定される。したがって、割り当て係数ａの値を正
確に求めるためには、これから符号化処理を行おうとし
ているビデオ信号に含まれる各画像（シーン）の符号化
難度（コンプレキシティ）を測定する必要がある。しか
しながら、長時間にわたる一般的なビデオ信号に対して
は、割り当て係数ａとして統計的におおよその値として
求めることは可能である。ここでは、割り当て係数計算
器１２１は目標符号化レートのみによって割り当て係数
ａを求めるものとする。

【００８１】量子化幅決定器１２２は、メモリ１１２か
ら出力された量子化パラメータＱ１および符号量発生器
１０３によって測定された発生符号量Ｂから求めたｂ＝Ｘ／ｑ＝（Ｑ１×Ｂ）／ｑなる関係式と、割り当て係数計算器１２１によって求め
られた割り当て係数ａを傾きとしてもつ直線との交点を
求め、この交点に応じた量子化パラメータを第２の量子
化パラメータＱ２として出力する。これにより、各シー
ンに適応した最適な量子化パラメータを量子化パラメー
タＱ２として求めることができる。

【００８２】なお、割り当て係数ａを、量子化パラメー
タＱ１および発生符号量Ｂから求めることも可能であ
る。

【００８３】図３はシーン用決定器の他の構成例を示す
図である。図３に示すシーン用決定器１１０Ａは、量子
化パラメータＱ１および発生符号量Ｂから、割り当て係
数ａを求めるものである。

【００８４】まず、メモリ１１２は量子化パラメータを
蓄積し、所定期間前の量子化パラメータＱ１を出力す
る。例えば、前ＧＯＰの量子化パラメータを出力するも
のとする。平均量子化幅測定器１３１は、期間Ｔ間の量
子化パラメータの平均値ＱＡを測定し出力する。また、
平均符号量測定器１３２は期間Ｔ間の符号化データの平
均値ＢＡを測定し出力する。期間Ｔは、例えば１分間と
すればよい。

【００８５】割当て係数計算器１３３は、平均量子化パ
ラメータＱＡおよび平均符号量ＢＡから、割当て係数ａ
を、以下のようにして計算する。

【００８６】前述したように、最適なビット割り当てを
実現する量子化パラメータは、発生符号量ｂと量子化パ
ラメータｑとの関係式ｂ＝Ｘ／ｑと、割り当て係数ａを
傾きとする直線との交点から、求めることができる。す
なわち、ｂ＝ａ×ｑａ＝ｂ／ｑなる関係が成り立つ。

【００８７】したがって、割り当て係数計算器１３３
は、過去に用いた量子化パラメータの平均値ＱＡと、過
去に発生した符号量の平均値ＢＡとを用いて、ａ＝ＢＡ／ＱＡとして、割り当て係数ａを求める。

【００８８】また、割当て係数ａの計算に、目標符号化
レートに相当する目標符号量ＢＴを加味してもよい。平
均量子化パラメータＱＡと平均符号量ＢＡとの積を、期
間Ｔにおける平均コンプレキシティＸＡとして求める。
すなわち、ＸＡ＝ＢＡ×ＱＡこの平均コンプレキシティＸＡにおいて、符号量が目標
符号量ＢＴに一致するときの量子化パラメータＱＴは、
次式で求められる。ＱＴ＝ＸＡ／ＢＴまた、ＢＴ，ＱＴと割り当て係数ａとの関係は次のよう
になる。ＢＴ＝ａ×ＱＴ＝ａ×ＸＡ／ＢＴしたがって、割当て係数ａは、次のように求めることが
できる。ａ＝ＢＴ×ＢＴ／ＸＡ＝ＢＴ×ＢＴ／（ＢＡ×ＱＡ）このように、割り当て係数ａの計算に目標符号化レート
を加味させることによって、発生符号化レートを目標符
号化レートにより近づけることが可能になる。

【００８９】量子化幅決定器１３４は割当て係数ａ、所
定期間前の量子化パラメータＱ１、および所定期間前の
符号量Ｂを入力として、これらを基にして、図１の量子
化幅決定器１２２と同様に、第２の量子化パラメータＱ
２を計算し出力する。このような構成により、シーン毎
に最適な量子化パラメータＱ２を求めることが可能とな
る。

【００９０】＜平均レート制御用量子化パラメータの決
定＞また、レート制御用決定器１１１は、図２３に示す
従来のレート制御用決定器と同様に構成すればよい。こ
の場合には、量子化パラメータＱ３は、累積誤差符号量
Ｄの値が０になるようにフィードバック制御される。

【００９１】図４はレート制御用決定器の他の構成例を
示す図である。図４に示す構成は、量子化幅決定器１４
３が量子化パラメータＱ３を決定する際に、累積誤差符
号量Ｄと併せて誤差符号量ｄを用いる点が、図２３に示
す従来の構成と異なっている。

【００９２】誤差符号量測定器１４１は、所定の目標符
号化レートから求められる所定期間の目標符号量ＢＴ
と、発生符号量Ｂとの誤差符号量ｄ（＝Ｂ−ＢＴ）を計
算し出力する。累積誤差符号量測定器１４２は誤差符号
量ｄを累積し、累積誤差符号量Ｄとして出力する。量子
化幅決定器１４３は誤差符号量ｄおよび累積誤差符号量
Ｄから、量子化パラメータＱ３を決定する。

【００９３】従来の構成では、累積誤差符号量Ｄに従っ
て量子化パラメータをフィードバック制御し、累積誤差
符号量Ｄが大きくなると量子化パラメータを大きくする
ように制御する。符号化難度の低い画像を符号化する場
合には、符号化レートは通常、目標符号化レートよりも
小さい値になるが、累積誤差符号量Ｄが大きいときは、
量子化パラメータは、さらに符号化レートを下げるべ
く、より大きくなるように制御される。しかしながら、
符号化難度の低い画像に対して量子化パラメータを大き
くした場合には、符号化難度の高い画像に比べて符号化
レートの低下量は相対的に小さいにもかかわらず、画質
劣化が大きくなるので、あまり好ましくない。

【００９４】そこで、図４の構成では、誤差符号量測定
器１４１によって求めた誤差符号量ｄの大きさに応じ
て、累積誤差符号量Ｄに基づく量子化パラメータＱ３の
フィードバック制御特性を補正することによって、シー
ンに応じた平均レート制御を実現する。

【００９５】例えば、誤差符号量ｄが負の場合すなわち
符号化難度が低い画像の場合には、フィードバック量を
小さくして量子化パラメータの変化量を抑制することに
よって、画質の変動を抑え、特に量子化パラメータが大
きくなる方向の変化を抑えることによって、画質の劣化
を抑制する。誤差符号量ｄが正の場合は、従来例と同様
に、累積誤差符号量Ｄをフィードバック量として量子化
パラメータを決定すればよい。

【００９６】このように、シーンの符号化難度に応じ
て、平均レート制御におけるフィードバック制御特性を
決定することにより、シーンに適応した符号量制御が実
現できる。また、従来例のフィードバック制御では、発
生符号量および量子化パラメータが発振する可能性があ
ったが、図４の構成ではこれらの値の発振も抑制するこ
とができる。

【００９７】なお、ここでは、誤差符号量によってフィ
ードバック量を変更するものとしたが、これに限らず、
例えば時定数を変更するなど、累積誤差符号量によるフ
ィードバック制御特性を変更する方法であれば、どのよ
うなものであってもかまわない。

【００９８】図５はレート制御用決定器の他の構成例を
示す図である。図５に示す構成は、量子化幅決定器１５
４が量子化パラメータＱ３を決定する際に、累積誤差符
号量Ｄと併せて符号化経過時間ｔを用いる点が、図２３
に示す従来の構成と異なっている。

【００９９】誤差符号量測定器１５１は、所定の目標符
号化レートから求められる所定期間の目標符号量ＢＴ
と、発生符号量Ｂとの誤差符号量ｄ（＝Ｂ−ＢＴ）を計
算し出力する。累積誤差符号量測定器１５２は誤差符号
量ｄを累積し、累積誤差符号量Ｄとして出力する。符号
化経過時間測定器１５３は、入力されたビデオ信号の符
号化処理を行った経過時間ｔを測定し、出力する。量子
化幅決定器１５４は経過時間ｔおよび累積誤差符号量Ｄ
から、量子化パラメータＱ３を決定する。

【０１００】符号化経過時間測定器１５３において、カ
ウンタ１５３ａには符号化装置の制御信号として入力さ
れる符号化開始／終了指令信号Ｓｓｅが入力される。信
号Ｓｓｅによって符号化開始が指令されると、カウンタ
１５３ａは計数値をリセットし、その後、基準クロック
発生器１５３ｂが発生するクロック数のカウントを行
い、符号化開始からの経過時間ｔを測定する。

【０１０１】量子化幅決定器１５４は、図２３に示す従
来の構成と同様に、累積誤差符号量Ｄをフィードバック
量として時定数Ｔでフィードバック制御し、量子化パラ
メータＱ３を決定する。従来と異なるのは、この時定数
Ｔを経過時間ｔに応じて変更する点である。量子化幅決
定器１５４は、経過時間ｔが大きくなるにつれて、時定
数Ｔを小さくするように制御する。

【０１０２】図６は時定数Ｔの時間的推移の一例を示す
図である。図６に示すように、符号化開始時は時定数Ｔ
の初期値としてＴｉを設定し、経過時間ｔが増すにつれ
て時定数Ｔを小さくし、符号化終了時には所定の時定数
Ｔｅに設定する。

【０１０３】また例えば、１時間のビデオ信号を符号化
処理する場合には、次のように時定数Ｔを設定すればよ
い。符号化開始時は、１５分間で累積誤差符号量Ｄが０
になるように時定数Ｔを設定する。その後、３０分間分
のビデオ信号に対して符号化処理が完了すると、５分間
で累積誤差符号量Ｄが０になるように、時定数Ｔを設定
変更する。さらに符号化処理が進み、ビデオ信号が残り
５分になったとき、１分間で累積誤差符号量Ｄが０にな
るように、時定数Ｔを設定変更する。

【０１０４】このように、符号化処理の進行とともに時
定数Ｔを変更することによって、符号化開始時は緩やか
なフィードバック制御を行い、可変符号化レートの自由
度を増し、よりシーンに適した符号化レートで符号化処
理を行うことができる。一方、符号化処理が進むにつれ
てフィードバック制御を強くすることによって、平均符
号化レートが目標符号化レートにより近づくので、符号
化処理終了時における平均符号化レートと目標符号化レ
ートとの誤差を小さくすることができる。

【０１０５】なお、累積誤差符号量Ｄおよび符号化経過
時間ｔに加えて、図４の構成のように誤差符号量ｄを用
いて、量子化パラメータＱ３を決定するようにしてもよ
い。すなわち、累積誤差符号量Ｄのフィードバック制御
を誤差符号量ｄによって補正し、かつ、符号化経過時間
ｔによってフィードバック制御の時定数Ｔを変更する。
これにより、シーンに適応した平均符号化レートの制御
が実現できる。

【０１０６】なお、符号化経過時間ｔによってフィード
バック制御の時定数Ｔを変更するものとしたが、これに
限らず、例えばフィードバック量を補正するなど、フィ
ードバック制御特性を変更するものであれば、どのよう
な方法であってもよい。

【０１０７】また、図４または図５に示すレート制御用
決定器は、従来のレート制御用決定器の代わりに、単独
で用いることも可能である。また、図４と図５の構成を
組み合わせた，符号化経過時間、累積誤差符号量および
誤差符号量から量子化パラメータを決定するレート制御
用決定器も、単独で用いてもよい。

【０１０８】＜シーンチェンジ検出＞シーンチェンジ
は、入力ビデオ信号Ｓｖの各フレームを特徴付けるパラ
メータの大きな変化を検出することによって、検出する
ことができる。すなわち、シーンチェンジ検出器１１４
は、画面の輝度レベルやクロマレベルなどの信号の変化
を検出できるものであればよい。例えば、平均輝度レベ
ルの変化、フレーム（フィールド）間差分量などを用い
て、シーンチェンジを検出すればよい。

【０１０９】例えば、フレーム間のレベル変動量を用い
て、シーンチェンジを検出してもかまわない。

【０１１０】シーンチェンジの前後では、フレーム間の
レベル変動量は大きい。したがって、フレーム間のレベ
ル差分値を測定し、この値が所定値以上のとき、シーン
チェンジが起こったと判断することができる。しかし、
動き量が多いシーンではもともとフレーム間差分値が大
きいので、フレーム間レベル差分値のみによってシーン
チェンジを検出すると、動き量が多いシーンもシーンチ
ェンジとして誤って検出してしまうことがある。

【０１１１】そこで、フレーム間差分値の変化量を測定
し、これによりシーンチェンジを検出する方法が考えら
れる。

【０１１２】図７はフレーム間差分値の測定方法を示す
図である。図７では、画像信号をフレーム単位の流れと
して表現している。また、各フレームは画像信号の最小
単位である画素からなっている。図７に示すように、フ
レーム間差分値とは、現フレームと前フレームの同位置
［ｉ，ｊ］にある画素の画素レベルｘ１［ｉ，ｊ］，ｘ
２［ｉ，ｊ］の絶対値差分ｄ［ｉ，ｊ］の、１フレーム
分の総和または平均値として、与える。

【０１１３】図８（ａ）はある画像信号に対するフレー
ム間差分値Ｄの時間推移を示す図である。図８（ａ）で
は、画像信号は４つのシーン０〜３によって構成され、
フレームｆ１，ｆ２，ｆ３においてそれぞれシーンチェ
ンジが起こっているものとしている。また、シーン１は
動きの大きいシーンと想定している。

【０１１４】図８（ａ）に示すように、シーンチェンジ
フレームｆ１〜ｆ３では、フレーム間差分値Ｄが大きく
なっている。しかしながら、動き量の大きいシーン１で
もフレーム間差分値Ｄは大きく、シーンチェンジフレー
ムｆ３のフレーム間差分値Ｄと同等のレベルになってい
る。したがって、フレーム間差分値Ｄのみによってシー
ンチェンジの有無を判断する場合には、シーンチェンジ
の誤検出が起こる可能性がある。

【０１１５】図８（ｂ）はフレーム間差分値Ｄの前後フ
レームにおける差分すなわちフレーム間差分変化量δの
時間推移を示す図である。図８（ｂ）に示すように、シ
ーンチェンジの際にのみフレーム間差分変化量δは大き
くなるので、しきい値ｋとフレーム間差分変化量δとを
比較することによって、シーンチェンジを精度良く検出
することができる。

【０１１６】この場合のシーンチェンジ検出処理のフロ
ーは以下のようになる。（１）第ｆフレームの画素レベルｘ１［ｉ，ｊ］と、第
（ｆ−１）フレームの画素レベルｘ２［ｉ，ｊ］との差
分絶対値ｄ［ｉ，ｊ］を計算する。ｄ［ｉ，ｊ］＝ｘ１
［ｉ，ｊ］−ｘ２［ｉ，ｊ］（２）レベル差分値ｄ［ｉ，ｊ］を累積し、フレーム間
差分値Ｄ［ｆ］を計算する。Ｄ［ｆ］＝Σｄ［ｉ，ｊ］（３）フレーム間差分値Ｄ［ｆ］の変化量δ［ｆ］を計
算する。 δ［ｆ］＝Ｄ［ｆ］−Ｄ［ｆ−１］（４）フレーム間差分変化量δ［ｆ］と所定値ｋとを比
較する。（５）δ［ｆ］＞ｋのとき、第ｆフレームをシーンチェ
ンジの先頭フレームと判断する。

【０１１７】図９はシーンチェンジ検出器の第１の構成
例を示す図である。図９において、メモリ１６１は入力
ビデオ信号Ｓｖを記憶し、１フレーム期間だけ遅延させ
て出力する。フレーム間画素レベル差分値測定器１６２
は、入力ビデオ信号Ｓｖの第ｆフレームの画素レベルｘ
１［ｉ，ｊ］と、メモリ１６１から出力された第（ｆ−
１）フレームの画素レベルｘ２［ｉ，ｊ］との差分絶対
値ｄ［ｉ，ｊ］を計算する。累積器１６３は、１フレー
ム分の差分絶対値ｄ［ｉ，ｊ］を累積し、フレーム間差
分値Ｄ［ｆ］として出力する。メモリ１６４は累積器１
６３から出力されたフレーム間差分値Ｄ［ｆ］を記憶
し、１フレーム期間だけ遅延させて出力する。

【０１１８】減算器１６５は、累積器１６３から出力さ
れたフレーム間差分値Ｄ［ｆ］から、メモリ１６４から
出力されたフレーム間差分値Ｄ［ｆ−１］を減算し、フ
レーム間差分変化量δ［ｆ］として出力する。比較器１
６６は減算器１６５から出力されたフレーム間差分変化
量δ［ｆ］と所定値ｋとを比較して、シーンチェンジ検
出信号を出力する。フレーム間差分変化量δ［ｆ］が所
定値ｋよりも大きいとき、第（ｆ−１）フレームと第ｆ
フレームとの間でシーンチェンジが起こったと判断す
る。

【０１１９】所定値ｋは、例えば画素レベルを２５６レ
ベルで表現し、フレーム間差分値Ｄ［ｆ］を１画素当た
りの平均値とした場合、１８レベルにするとよい。

【０１２０】なお、フレームを１単位として処理するも
のとしたが、フィールドを単位としてもかまわない。ま
た、入力ビデオ信号Ｓｖから検出するようにしている
が、外部からシーンチェンジ検出器１１４にシーンチェ
ンジ情報を与えてもかまわない。さらには、音声信号な
どのビデオ信号と関連した信号の変化を検出してもかま
わない。

【０１２１】また、符号化処理に対する難しさを検出
し、この難しさの変化によってシーンチェンジを検出し
てもよい。例えば、符号化処理を行った後の符号化デー
タのフレーム、またはＭＰＥＧ符号化する場合はＧＯＰ
単位での符号量を測定し、この符号量の変化にしたがっ
てシーンチェンジを検出する、などすればよい。

【０１２２】一般に、シーンによって符号化の難しさが
異なり、動きの大きなシーン、あるいは複雑な絵柄を多
く含むシーンなど符号化の難しいシーンでは符号量が多
く発生する。一方、動きの少ないシーン、平坦な絵柄が
多いシーンなど符号化の易しいシーンでは発生符号量は
少ない。このような発生符号量の変化にしたがってシー
ンチェンジを検出することも可能である。

【０１２３】図１０はシーンチェンジ検出器の第２の構
成例を示す図である。図１０において、シーンチェンジ
検出器１１４Ａは、符号量測定器１０３から、ＧＯＰ期
間に相当する時間に発生した符号量Ｂｇがフレーム単位
に出力されるものとする。ここで、Ｂｇ［ｉ］を第ｉフ
レームで測定したＧＯＰ符号量とする。

【０１２４】メモリ１７１はＧＯＰ符号量Ｂｇ［ｉ］を
格納し、１フレーム期間だけ遅延させて出力する。差分
器１７２は入力されたＧＯＰ符号量Ｂｇ［ｉ］と、メモ
リ１７１から出力された１フレーム前のＧＯＰ符号量Ｂ
ｇ［ｉ−１］との差分絶対値を計算し、フレーム間にお
ける符号量変化量ΔＢｇとして求める。 ΔＢｇ＝｜Ｂｇ［ｉ］−Ｂｇ［ｉ−１］｜

【０１２５】比較器１７３はフレーム間における符号量
変化量ΔＢｇと所定しきい値とを比較し、この変化量Δ
Ｂｇがしきい値よりも大きいときは、シーンチェンジが
起きたと検出し、シーンチェンジ検出信号を出力する。

【０１２６】ここで、ＧＯＰ符号量Ｂｇ［ｉ］の計算方
法について説明する。ＭＰＥＧ符号化処理の場合、ピク
チャタイプＩ，Ｐ，Ｂに応じて、各フレームに対する発
生符号量は大きく異なる。したがって、各シーンを特徴
付ける指標としては、ＧＯＰを単位とした符号量を用い
る方が好ましい。しかし、ＧＯＰ符号量を測定するため
には、ＧＯＰ期間毎の測定が必要になり、フレーム単位
のシーンの特徴づけは困難である。

【０１２７】そこで、次の換算式を用いて、ＧＯＰ符号
量Ｂｇを計算する。Ｂｇ＝Ｂｉ＋Ｎｐ×Ｂｐ＋Ｎｂ×Ｂｂここで、Ｂｉ，Ｂｐ，Ｂｂはそれぞれ最新のＩフレー
ム、Ｐフレーム、Ｂフレームの符号量であり、Ｎｐ，Ｎ
ｂはそれぞれＧＯＰに含まれるＰフレーム、Ｂフレーム
のフレーム数である。この換算式を用いれば、ＧＯＰ符
号量Ｂｇを、フレーム単位で各シーンを特徴づける符号
量として測定することができる。

【０１２８】また、符号化処理後の符号化データの発生
符号量Ｂと、量子化処理に用いた量子化パラメータＱと
の積すなわちコンプレキシティＸ（＝Ｂ×Ｑ）を測定
し、このコンプレキシティＸの変化を用いて、シーンチ
ェンジを検出してもよい。コンプレキシティＸは、量子
化パラメータＱに関わらずほぼ一定値になり、符号化の
難しさを示すパラメータとして用いられる。符号化の難
しいシーンほど、コンプレキシティＸは大きくなる。

【０１２９】図１１はシーンチェンジ検出器の第３の構
成例を示す図であり、コンプレキシティの変化量を用い
てシーンチェンジを検出するものを示す図である。図１
０とほぼ同様の構成であるが、積算器１８１を備え、シ
ーンチェンジ検出のためにコンプレキシティを計算して
いる点が異なっている。

【０１３０】積算器１８１は、符号量測定器１０３によ
って測定したＧＯＰ符号量Ｂｇと量子化器１０１によっ
て用いられた量子化パラメータＱとの積算を行い、この
積算値をコンプレキシティＸｇとして出力する。ここ
で、Ｘｇ［ｉ］を第ｉフレームで測定したコンプレキシ
ティとする。Ｘｇ［ｉ］＝Ｂｇ［ｉ］×Ｑ［ｉ］

【０１３１】メモリ１８２は積算器１８１から出力され
たコンプレキシティＸｇ［ｉ］を格納し、１フレーム期
間遅延させて出力する。差分器１８３は積算器１８１か
ら出力されたコンプレキシティＸｇ［ｉ］と、メモリ１
８２から出力された１フレーム前のコンプレキシティＸ
ｇ［ｉ−１］との差分絶対値を計算し、フレーム間にお
けるコンプレキシティの変化量ΔＸｇとして求める。 ΔＸｇ＝｜Ｘｇ［ｉ］−Ｘｇ［ｉ−１］｜

【０１３２】比較器１８４はコンプレキシティの変化量
ΔＸｇと所定しきい値とを比較し、変化量ΔＸｇがしき
い値よりも大きいとき、シーンチェンジが起きたと検出
し、シーンチェンジ検出信号を出力する。

【０１３３】なお、シーンチェンジ検出器１１４を、図
９，図１０および図１１の構成を複数組み合わせて構成
してもよい。この場合、組み合わせた各構成のいずれか
１つからシーンチェンジ検出信号が出力されたときにシ
ーンチェンジが起きたと判断してもよいし、また、全て
の構成からシーンチェンジ検出信号が出力されたときに
のみ、シーンチェンジが起きたと判断してもよい。

【０１３４】（第２の実施形態）図１２は本発明の第２
の実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図で
ある。図１２において、図１と共通の構成要素には、図
１と同一の符号が付してある。図１の構成と異なるの
は、選択器２０２が、メモリ１１２から出力された量子
化パラメータＱ１およびシーン用決定器１１０から出力
された量子化パラメータＱ２のうちのいずれか一方を量
子化パラメータＱ３として選択出力し、レート制御用決
定器２０１が、選択器２０２から出力された量子化パラ
メータＱ３を基にして、所定期間の平均符号化レートが
目標符号化レートに近づくように、量子化処理に用いる
量子化パラメータＱを決定出力する点である。シーン用
決定器１１０、メモリ１１２、レート制御用決定器２０
１および選択器２０２によって、量子化パラメータ供給
手段２０が構成されている。

【０１３５】選択器２０２は、通常は、メモリ１１２の
出力である第１の量子化パラメータＱ１をＱとして選択
出力するが、シーンチェンジ検出器１１４によってシー
ンチェンジが検出されたときは、シーン用決定器１１０
の出力である第２の量子化パラメータＱ２をＱとして選
択出力する。

【０１３６】レート制御用決定器２０１は、誤差符号量
測定器２１１、累積誤差符号量測定器２１２および量子
化幅決定器２１３を備えており、選択器２０２から出力
された量子化パラメータＱ３を基にして、所定期間の平
均符号化レートが目標符号化レートに近づくように、量
子化パラメータＱを決定出力する。

【０１３７】量子化パラメータＱは、例えば、次式に従
って、計算すればよい。Ｑ＝Ｑ３／（１−Ｄ／Ｔ）ここで、Ｄは累積誤差符号量であり、目標符号化レート
と発生した符号量との誤差符号量の累積量である。この
累積誤差符号量をゼロにするようにフィードバック制御
する。また、Ｔはフィードバック制御の時定数であり、
期間Ｔにおいて累積誤差符号量がゼロとなるように制御
する。

【０１３８】図１２のような構成により、同一シーン内
においては所定期間前の量子化パラメータをフィードバ
ック制御して平均符号化レートを目標符号化レートに近
づくように平均レート制御処理を行い、シーンチェンジ
が発生したときは、そのシーンの符号化難度にあわせた
量子化パラメータをもとに平均レート制御処理すること
ができる。したがって、平均符号化レート制御とシーン
に適応した符号化処理を併せて実現することができる。

【０１３９】（第３の実施形態）図１３は本発明の第３
の実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図で
ある。図１３において、図１と共通の構成要素には、図
１と同一の符号を付している。図１の構成と異なってい
るのは、シーン用決定器３０１が、歪み感度測定器３０
２および量子化幅決定器３０３によって構成されてお
り、発生符号量Ｂを用いないで、入力ビデオ信号Ｓｖか
ら直接に、第２の量子化パラメータを決定している点で
ある。歪み感度測定器３０２は、各シーンの人間の歪み
感度を測定し、量子化幅決定器３０３は歪み感度測定器
３０２によって検出された歪み感度に応じて量子化パラ
メータＱ２を決定する。レート制御用決定器１１１、メ
モリ１１２、選択器１１３およびシーン用決定器３０１
によって、量子化パラメータ供給手段３０が構成されて
いる。

【０１４０】＜歪み感度測定器の内部構成＞歪み感度測
定器３０２は、入力されたビデオ信号Ｓｖのレベルに関
して所定期間の歪み感度を測定し出力するものである。
例えば、輝度レベル、クロマレベルの平均値、レベル変
化量、絵柄の動き量といった所定期間のビデオ信号を特
徴付ける代表値から人間の歪み感度を求める。

【０１４１】例えば、歪み感度と輝度レベルとの関係
は、輝度レベルが上がるにつれて歪み感度は低下するこ
とが知られている。つまり、暗い画面ほど発生したノイ
ズによる画質劣化は大きいものとなる。したがって、明
るい画面から暗い画面にシーンチェンジが起きた場合、
明るい画面で用いていた量子化パラメータよりも小さい
量子化パラメータで量子化処理する方が認識されるノイ
ズは低減できる。逆に明るい画面にシーンが変わった際
は、量子化パラメータを大きくしても発生したノイズは
認識されにくい。

【０１４２】図１４は歪み感度測定器の構成例を示す図
である。明るさの感覚量Ｉと輝度Ｌとの間には、Ｉ＝ｋ・ｌｏｇＬ＋Ｃという関係が成立する。これを、ウェーバー・フェヒナ
ーの法則という。また、日常経験する範囲では、輝度Ｌ
の上に輝度ΔＬだけ変化した小領域を認識することがで
きるΔＬの限界は、 ΔＬ／Ｌ＝一定の関係でほぼ近似できる（「視覚の科学」：渡部叡他、
(株)写真工業出版社）。

【０１４３】したがって、フレーム内の各画素の輝度レ
ベルのフレーム平均値を明るさとして測定し、測定した
明るさに反比例させた特性として、歪み感度を検出すれ
ばよい。

【０１４４】図１４において、画素レベル検出器３１１
は入力されるビデオ信号Ｓｖの各画素の輝度に関する画
素レベルを検出する。フレーム平均計算器３１２は、画
素レベル検出器３１１によって検出された画素レベルの
フレーム平均値をフレームの明るさＬとして計算する。
歪み感度出力器３１３はフレーム平均計算器３１２によ
って求められた明るさＬに対して、所定値ｋ３を用い
て、歪み感度Ｉ（＝ｋ３／Ｌ）を計算し出力する。

【０１４５】量子化幅決定器３０３は、計測された歪み
感度Ｉが小さいときは量子化パラメータＱ２を大きく
し、一方、歪み感度Ｉが大きいときは量子化パラメータ
Ｑ２を小さくするように制御する。これにより、符号化
処理によって発生するノイズは、人間の視覚には認識さ
れにくくなる。

【０１４６】また、画素レベル検出器３１１において、
各画素のクロマに関する画素レベルを検出してもよい。
これは、青色成分よりも赤色成分に関する歪み感度が高
くなるなどクロマレベルに関しても歪み感度は変化する
ためである。したがって、フレーム全体に対して赤色成
分が多い場合は、歪が認識されやすくなるため、量子化
パラメータを小さくするように制御する。

【０１４７】図１５は歪み感度測定器の他の構成例を示
す図である。歪み感度は、レベル変化量が大きくなるに
従って、低下する。したがって、レベル変化量が大きい
ときは、量子化パラメータを大きくしても符号化ノイズ
は認識されにくい。図１５の構成はレベル変化量に着目
した歪み感度検出を行うものである。

【０１４８】輝度レベル検出器３２１は入力ビデオ信号
Ｓｖの輝度に関する画素レベル（輝度レベル）を検出す
る。メモリ３２２は輝度レベルを１画素分遅延させて出
力する。差分器３２３は現画素の輝度レベルとメモリ３
２２の出力である前画素の輝度レベルとの差分の絶対値
を差分レベルとして計算する。フレーム平均計算器３２
４は差分レベルのフレーム平均値を計算し、レベル変化
量として出力する。歪み感度出力器３２５は、レベル変
化量に対して逆比例の関係にある歪み感度を出力する。

【０１４９】なお、メモリ３２２は１画素分の遅延とし
たが、これに限らず１ライン分遅延させて出力し、現画
素の上に位置する画素の輝度レベルを出力してもよく、
現画素の周辺に位置する画素の輝度レベルを出力するた
めに、所定期間の遅延をさせればよい。

【０１５０】図１６はレベル変化量に着目した歪み感度
測定器の他の構成例を示す図である。図１６は図１５と
同様の構成をしているが、メモリ３３１を備えている点
が異なっており、このため歪み感度出力器３３２の動作
が異なる。メモリ３３１はレベル変化量を蓄積し、１フ
レーム前のレベル変化量を出力する。歪み感度出力器３
３２は、現フレームのレベル変化量Ｖｃと前フレームの
レベル変化量Ｖｐに基づいて歪み感度を検出する。

【０１５１】例えば、前フレームでは平坦な絵柄を多く
含んだレベル変化量の小さい画像であり、現フレームで
は複雑な絵柄を多く含んだレベル変化量の大きい画像の
場合、現フレームでは歪み感度が低下する。したがっ
て、前フレームで用いた量子化パラメータをＱｐとする
と、現フレームの量子化パラメータＱｃは、所定値ｋ４
を用いてＩ＝（ｋ４・Ｖｃ＋Ｖｐ）／（Ｖｃ＋ｋ４・Ｖｐ）Ｑｃ＝Ｑｐ・Ｉとして求める。例えば、ｋ４＝２．０とすると、歪み感
度Ｉはレベル変化量に変化がない場合（Ｉ＝１．０）を
中心として、０．５から２．０の範囲で変化する。この
ように、レベル変化量のフレーム間の変化から歪み感度
を測定して、量子化パラメータを決定してもよい。

【０１５２】なお、メモリ３３１は１フレーム前のレベ
ル変化量を出力するものとしたが、これに限らず、例え
ばＭＰＥＧ符号化方式によって符号化処理する場合で
は、１ＧＯＰ前のレベル変化量を出力するとしてもよい
し、所定期間の遅延をさせるものであれば何でも構わな
い。

【０１５３】動き量と歪み感度に関しても同様で、動き
量によって歪み感度は変化する。

【０１５４】このように、歪み感度の高いシーンでは量
子化パラメータを小さくし、逆に歪み感度の低いシーン
では量子化パラメータを大きくすることによって、符号
化レートを抑制し全体的な画質の均一化をはかるととも
に、発生する符号量を抑制することができる。

【０１５５】なお、本実施形態に係るシーン用決定器３
０１は、量子化パラメータ供給手段として単独で用いる
ことも可能である。

【０１５６】（第４の実施形態）図１７は本発明の第４
の実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図で
ある。図１７において、図１および図１３と共通の構成
要素には、図１または図１３と同一の符号を付してい
る。図１７の構成は図１の構成を基本構成としたもので
あり、特徴的なのは、シーン用決定器を複数備えている
点である。すなわち、第１のシーン用決定器１１０に加
えて、第３の実施形態に係るものと同様の構成からなる
第２のシーン用決定器３０１が設けられている。第１の
シーン用決定器１１０、レート制御用決定器１１１、メ
モリ１１２および第２のシーン用決定器３０１によっ
て、量子化パラメータ供給手段４０が構成されている。

【０１５７】選択器４０１は、所定期間前の量子化パラ
メータＱ１、第１のシーン用決定器１１０から決定出力
された量子化パラメータＱ２、第２のシーン用決定器３
０１から決定出力された量子化パラメータＱ３、および
レート制御用決定器１１１から出力された量子化パラメ
ータＱ４のうちのいずれか１つを、シーンチェンジ検出
器１１４の出力に応じて選択し、量子化パラメータＱと
して出力する。

【０１５８】選択器４０１はシーンチェンジ検出器１１
４によってシーンチェンジが検出されると、シーンチェ
ンジ直後のフレームまたはフィールドに対しては、第２
のシーン用決定器３０１から出力された量子化パラメー
タＱ３を選択出力する。シーンチェンジ後の発生符号量
が測定されると、第１のシーン用決定器１１０はこの発
生符号量を用いて量子化パラメータＱ２を決定し、その
後、選択器４０１はこの量子化パラメータＱ２を選択出
力する。

【０１５９】＜量子化パラメータの選択＞図１８は選択
器４０１の動作を説明するための図である。図１８で
は、図２（ａ）と同様に、ＧＯＰ２内においてシーンチ
ェンジがあり、このシーンチェンジ以降は、符号化難度
の高いシーンになっている。

【０１６０】図１８に示すように、ＧＯＰ２内で発生し
たシーンチェンジの先頭フレームにおいて、選択器４０
１は第２のシーン用決定器３０１の出力Ｑ３を量子化パ
ラメータＱとして選択する。ここで、Ｑ３は大きな値に
なっているが、これは、歪み感度は低いが符号化難度の
高いシーンに変わった、と判断したことによるものであ
る。シーンチェンジの先頭フレームで選択された出力Ｑ
３は、メモリ１１２に蓄積される。次のフレームでは、
選択器４０１はメモリ１１２からの出力Ｑ１を量子化パ
ラメータＱとして選択する。すなわち、シーンチェンジ
時にメモリ１１２に蓄積されたＱ３が、Ｑ１として出力
され、これが量子化パラメータＱとして量子化処理に用
いられる。

【０１６１】この間（期間ＤＴ）、符号量測定器１０３
はシーンチェンジ後の発生符号量を測定する。第１のシ
ーン用決定器１１０は、シーンチェンジから期間ＤＴ後
に、シーンチェンジ後の発生符号量に基づいて量子化パ
ラメータＱ２を決定する。選択器４０１は、第１のシー
ン用決定器１１０の出力Ｑ２を量子化パラメータＱとし
て選択する。

【０１６２】その後、出力Ｑ２はメモリ１１２に蓄積さ
れ、選択器４０１はメモリ１１２の出力Ｑ１を量子化パ
ラメータＱとして選択する。すなわち、ＧＯＰ２の最終
フレームまでの間、期間ＤＴの経過後にメモリ１１２に
蓄積されたＱ２が、Ｑ１として出力され、これが量子化
パラメータＱとして量子化処理に用いられる。次のＧＯ
Ｐ３の先頭フレームでは、レート制御用決定器１１１の
出力Ｑ４が量子化パラメータＱとして選択される。

【０１６３】以上のように本実施形態によると、シーン
チェンジが生じてから期間ＤＴを経過するまでは、第２
のシーン用決定器３０１の出力Ｑ３を量子化パラメータ
として用いて量子化処理を行い、この期間ＤＴの間、発
生符号量を測定し、第１のシーン用決定器１１０がこの
発生符号量を基にして量子化パラメータＱ２を決定する
と、このＱ２を量子化パラメータＱとして用いて量子化
処理を行う。

【０１６４】図１８では、期間ＤＴの長さは２フレーム
としているが、これに限られるものではなく、所定数フ
レームの期間とすればよい。また、期間ＤＴがＧＯＰの
区切りをまたいでもかまわない。

【０１６５】図１９は期間ＤＴの長さを６フレームとし
た場合の量子化パラメータの選択を示す図である。図１
９では、期間ＤＴが次のＧＯＰまでまたがった場合を示
している。

【０１６６】図１９において、ＧＯＰ２内において起き
たシーンチェンジの直後のフレームでは、第２のシーン
用決定器３０１の出力Ｑ３が量子化パラメータＱとして
選択され、次のＧＯＰ３の先頭フレームにおいて、レー
ト制御用決定器１１１の出力Ｑ４が量子化パラメータＱ
として選択される。その後、ＧＯＰ３の先頭フレームか
ら３フレーム目に、第１のシーン用決定器１１０の出力
Ｑ２が量子化パラメータＱとして選択される。

【０１６７】また、期間ＤＴは、ＭＰＥＧ符号化処理す
る場合には、フレームタイプＩ，Ｐ，Ｂに応じて決定し
てもよい。例えば、シーンチェンジからＩフレームの符
号化処理が完了するまでを、期間ＤＴとしてもよいし、
Ｐフレームの符号化が完了するまで、または、Ｂフレー
ムの符号化が完了するまでを期間ＤＴとしてもよい。ま
た、期間ＤＴは、Ｉフレームの符号化が完了し、かつ、
Ｐ，Ｂフレームの一方または両方の符号化が完了するま
で、としてもよい。

【０１６８】また、期間ＤＴは、シーンチェンジから１
ＧＯＰ分の符号化が完了するまでとしてもよい。これ
は、ＭＰＥＧ符号化の場合、各フレームにおける発生符
号量はピクチャタイプに応じて大きく異なるため、ＧＯ
Ｐを単位として符号量を扱った方が、各シーンを特徴付
ける指標としてはより適しているからである。

【０１６９】しかしながら、ＧＯＰ符号量を測定するた
めに、期間ＤＴは少なくとも１ＧＯＰ以上の時間が必要
となる。そこで、次の換算式を用いてＧＯＰ符号量Ｂｇ
を計算してもよい。Ｂｇ＝Ｂｉ＋Ｎｐ×Ｂｐ＋Ｎｂ×Ｂｂここで、Ｂｉ、Ｂｐ、ＢｂはそれぞれＩフレーム、Ｐフ
レーム、Ｂフレームの符号量であり、Ｎｐ、Ｎｂはそれ
ぞれＧＯＰに含まれるＰフレーム、Ｂフレームのフレー
ム数である。

【０１７０】上記の換算式によれば、フレーム単位で各
シーンを特徴づける符号量を測定することができ、期間
ＤＴの短縮がはかられ、シーンに最適な量子化パラメー
タをより早く決定することが可能となる。

【０１７１】このように、本実施形態ではシーンチェン
ジのフレームまたはフィールドに対しては量子化パラメ
ータＱ３を用いて量子化処理し、その後、所定期間後に
量子化パラメータＱ２を選択する。これにより、同一シ
ーン内では平均符号化レートを目標符号化レートに近づ
くように制御する一方、シーンチェンジが発生した場
合、そのシーンの歪み感度にあわせた量子化パラメータ
を選択することにより、平均符号化レート制御とシーン
に適応した符号化処理を実現することができる。さら
に、シーンチェンジ直後は、歪み感度に基づいた最適な
量子化パラメータを用いて量子化処理され、その後シー
ンチェンジ後の発生符号量が測定されると、発生符号量
に基づいた最適な量子化パラメータを用いて量子化処理
が実行される。

【０１７２】なお、選択器４０１は、期間ＤＴの間、第
２のシーン用決定器３０１の出力Ｑ３を量子化パラメー
タＱとして選択し続けてもかまわないし、また、レート
制御用決定器１１１の出力Ｑ４を選択し続けてもかまわ
ない。また、メモリ１１２の出力Ｑ１を選択器４０１に
入力させないで、同一シーン内においては、選択器４０
１は常にレート制御用決定器１１１の出力Ｑ４を選択す
るようにしてもよい。

【０１７３】なお、第１のシーン用決定器１１０を、図
３に示す構成としてもかまわない。

【０１７４】（第５の実施形態）図２０は本発明の第５
の実施形態に係る符号化装置の構成を示すブロック図で
ある。図２０において、図１２および図１３と共通の構
成要素には、図１２または図１３と同一の符号を付して
いる。図２０の構成は図１２の構成を基本構成としたも
のであり、特徴的なのは、第４の実施形態と同様に、シ
ーン用決定器を複数個備えている点である。すなわち、
第１のシーン用決定器１１０に加えて、第３の実施形態
に係るものと同様の構成からなる第２のシーン用決定器
３０１が設けられている。第１のシーン用決定器１１
０、メモリ１１２、レート制御用決定器２０１、第２の
シーン用決定器３０１、選択器５０１によって、量子化
パラメータ供給手段５０が構成されている。

【０１７５】選択器５０１は、シーンチェンジ検出器１
１４によってシーンチェンジが検出されると、シーンチ
ェンジのフレームまたはフィールドに対して、量子化パ
ラメータＱ３を出力Ｑ４として選択出力する。レート制
御用決定器２０１は選択器５０１の出力Ｑ４を基にし
て、目標符号化レートとの累積誤差符号量がゼロになる
ようにフィードバック制御し、量子化パラメータＱを決
定出力する。量子化器１０１はレート制御用決定器２０
１によって決定された量子化パラメータＱを用いて、量
子化処理を行う。符号量測定器１０３は第４の実施形態
に示すような期間ＤＴの間、シーンチェンジ後の発生符
号量を測定する。この発生符号量を用いて第１のシーン
用決定器１１０が量子化パラメータＱ２を決定すると、
選択器５０１はこの量子化パラメータＱ２を選択出力す
る。

【０１７６】このように本実施形態によると、シーンチ
ェンジのフレームまたはフィールドに対しては量子化パ
ラメータＱ３を用いて量子化処理し、その後、所定期間
後に量子化パラメータＱ２を選択する。これにより、同
一シーン内では平均符号化レートを目標符号化レートに
近づくように制御する一方、シーンチェンジが発生した
場合、そのシーンの歪み感度にあわせた量子化パラメー
タを選択することにより、平均符号化レート制御とシー
ンに適応した符号化処理を実現することができる。さら
に、シーンチェンジ直後は、歪み感度に基づいた最適な
量子化パラメータを用いて量子化処理され、その後シー
ンチェンジ後の発生符号量が測定できると、発生符号量
に基づいた最適な量子化パラメータを用いて量子化処理
が実行される。

【０１７７】なお、選択器５０１は、量子化パラメータ
Ｑ３を選択してから量子化パラメータＱ２を選択するま
での所定期間は、量子化パラメータＱ３を選択し続けて
もよいし、メモリ１１２の出力Ｑ１を選択し続けてもか
まわない。

【０１７８】なお、第１のシーン用決定器は、図３の構
成のように構成してもかまわない。

【０１７９】＜記録装置＞前述した各実施形態の符号化
装置は、記録装置に適用することができる。

【０１８０】図２１は本発明の各実施形態に係る符号化
装置を備えた記録装置の構成を示すブロック図である。
図２１において、符号化装置６００はすでに説明した各
実施形態に係るものであり、入力ビデオ信号Ｓｖを符号
化して符号化データＳｃとして出力する。符号化データ
Ｓｃは、記録処理器６０１によって、エラー訂正用符号
を付加された後に記録信号に変調される。記録信号は記
録ヘッド６０２によって記録媒体６０４に記録される。

【０１８１】このような構成により、ビデオ信号の各シ
ーンに適した符号化処理がなされ、かつ、目標とする符
号化レートに近づけるための平均レート制御が実現され
た信号を、記録媒体６０４に記録することができる。

【０１８２】また、記録容量検出器６０３を設けて、記
録媒体６０４に記録可能な容量を検出し、検出した記録
容量によって、符号化装置６００の量子化幅決定処理の
特性を変更させてもよい。各実施形態に係る符号化装置
が有するレート制御用決定器では、目標符号化レートと
の累積誤差符号量をフィードバックして量子化パラメー
タを決定するが、このフィードバック制御特性を、記録
容量検出器６０３によって検出した記録容量に応じて変
更すればよい。

【０１８３】例えば、記録容量が十分あるときは、量子
化パラメータの変化量が小さくなるようにフィードバッ
ク制御を緩やかに行い、記録容量が少ないときは、より
強くフィードバック制御する。これにより、記録容量が
十分ある場合はシーンに合わせた符号化処理が行われる
が、記録容量が少なくなると、目標符号化レートにより
正確に近づけるように制御されるため、記録信号を、確
実に記録媒体に記録できる。

【０１８４】なお、フィードバック制御特性の変更方法
としては、フィードバック制御の時定数の変更や、フィ
ードバック量の変更など、どのような方法であってもか
まわない。

【０１８５】なお、レート制御用決定器のフィードバッ
ク制御特性を記録容量に応じて変更する代わりに、シー
ン用決定器の量子化幅決定特性を変更させてもかまわな
い。例えば、記録容量が少なくなると、より長時間のビ
デオ信号が記録できるように符号化レートを下げるため
に、より大きな量子化パラメータを出力するようにして
もよい。

【０１８６】また、目標符号化レートを、記録容量に応
じて補正してもかまわない。例えば、符号化処理の進捗
とともに目標符号化レートと発生符号化レートとの誤差
が生じてくると、想定している記録容量に誤差が生じ
る。このため、記録可能な容量と記録すべき残りのビデ
オ信号の時間にしたがって、目標符号化レートを変更す
ることにより、ビデオ信号をより確実に記録媒体に記録
することができる。

【０１８７】なお、上記各実施形態においては、符号化
装置および記録装置をハード的に構成した例を示した
が、本発明に係る符号化装置および記録装置は、プログ
ラム等のソフトウェアを用いて構成するようにしてもよ
い。この場合、各構成要素を処理ステップとしておきか
えれば、本発明に係る符号化方法および記録方法が、同
様に実現できる。

【０１８８】なお、各画面を複数の画素からなるブロッ
クに分割して、ブロック毎に離散コサイン変換等の直交
変換を行い、変換係数を量子化、可変長符号化処理して
も構わない。この場合、本発明の各実施形態に係る符号
化装置を用いて各変換係数ごとに各量子化パラメータを
決定してもよいし、ブロック毎に本発明の各実施形態に
係る方法によって量子化パラメータを決定し、そのブロ
ック毎の量子化パラメータから各変換係数の量子化幅を
決定してもよい。

【０１８９】なお、本発明に係る符号化処理は、どのよ
うなものであってもよい。例えば、直交変換を用いた変
換符号化、複数の周波数帯域に分割するサブバンド符号
化、または、複数の画素レベルをベクトルとして代表ベ
クトルに量子化するベクトル量子化であってもかまわな
い。

【０１９０】また、各実施形態では、符号化処理におけ
る圧縮率を制御するパラメータとして、量子化パラメー
タを用いてるのに過ぎない。他のパラメータを用いて信
号の圧縮率を制御する符号化方法を用いる場合には、本
発明は、その圧縮率制御パラメータを決定する方法とし
て同様に適用することが可能である。

【０１９１】

【発明の効果】以上のように、本発明によると、平均符
号化レート制御とシーンに適応した符号化処理とを併せ
て実現することができるので、より低い符号化レートに
おいて、バランスのとれた品質の高い再生信号を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る符号化装置の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１の符号化装置における量子化パラメータ選
択の動作を示す図であり、（ａ）は符号化難度のフレー
ム毎の変化を示す図、（ｂ）は選択される量子化パラメ
ータの推移を示す図である。

【図３】シーン用決定器の構成例を示す図である。

【図４】レート制御用決定器の構成例を示す図である。

【図５】レート制御用決定器の構成例を示す図である。

【図６】図５のレート制御用決定器におけるフィードバ
ック制御の時定数の時間的推移の一例を示す図である。

【図７】シーンチェンジ検出のために用いるフレーム間
差分値の測定方法を示す図である。

【図８】（ａ）はある画像信号に対するフレーム間差分
値の時間推移を示す図、（ｂ）はフレーム間差分変化量
の時間推移を示す図である。

【図９】シーンチェンジ検出器の構成例を示す図であ
る。

【図１０】シーンチェンジ検出器の構成例を示す図であ
る。

【図１１】シーンチェンジ検出器の構成例を示す図であ
る。

【図１２】本発明の第２の実施形態に係る符号化装置の
構成を示すブロック図である。

【図１３】本発明の第３の実施形態に係る符号化装置の
構成を示すブロック図である。

【図１４】歪み感度測定器の構成例を示す図である。

【図１５】歪み感度測定器の構成例を示す図である。

【図１６】歪み感度測定器の構成例を示す図である。

【図１７】本発明の第４の実施形態に係る符号化装置の
構成を示すブロック図である。

【図１８】図１７の符号化装置における量子化パラメー
タ選択の動作を示す図である。

【図１９】図１７の符号化装置における量子化パラメー
タ選択の動作を示す図である。

【図２０】本発明の第５の実施形態に係る符号化装置の
構成を示すブロック図である。

【図２１】本発明の各実施形態に係る符号化装置を備え
た記録装置の構成を示す図である。

【図２２】ＭＰＥＧ２符号化におけるフレームの時間推
移を示す図である。

【図２３】従来の符号化装置の構成を示すブロック図で
ある。

【符号の説明】

Ｓｖ入力ビデオ信号（映像を表す信号）Ｓｃ符号化データ１０，２０，３０，４０，５０量子化パラメータ供給
手段１０１量子化器１０２可変長符号化器（符号化器）１０３符号量測定器１１４シーンチェンジ検出器（シーンチェンジ検出手
段）６００符号化装置６０３記録容量検出器（記録容量を測定する手段）６０４記録媒体

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０４Ｎ 5/92 Ｈ０４Ｎ 5/92 Ｈ (72)発明者中村和彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者近藤敏志大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像を表すまたは映像に付随する信号
を、量子化処理を用いて符号化する方法であって、前記映像におけるシーンチェンジの有無を検出し、シーンチェンジを検出したときは、チェンジ後のシーン
に応じて、量子化パラメータを決定する一方、シーンチ
ェンジを検出しない間は、符号化レートが安定するよう
に、量子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータを用いて、量子化処理を行う
符号化方法。
【請求項２】請求項１記載の符号化方法において、シーンチェンジを検出したとき、チェンジ後の前記信号の符号化難度に応じて、量子化パ
ラメータを決定することを特徴とする符号化方法。
【請求項３】請求項１記載の符号化方法において、シーンチェンジを検出したとき、前記信号の符号化難度に応じた割り当て係数と、シーン
チェンジから所定期間の間の発生符号量とを基にして、
量子化パラメータを決定することを特徴とする符号化方
法。
【請求項４】請求項３記載の符号化方法において、前記割り当て係数を、目標符号化レートに基づいて、求
めることを特徴とする符号化方法。
【請求項５】請求項３記載の符号化方法において、前記割り当て係数を、シーンチェンジ検出の前の所定期
間における量子化パラメータの平均値と、前記所定期間
における発生符号量の平均値とを基にして、求めること
を特徴とする符号化方法。
【請求項６】請求項１記載の符号化方法において、シーンチェンジを検出しない間、発生符号量と目標符号量との差である誤差符号量の累積
値を求め、この累積誤差符号量を用いたフィードバック
制御によって、量子化パラメータを決定することを特徴
とする符号化方法。
【請求項７】請求項６記載の符号化方法において、前記誤差符号量を用いて、前記フィードバック制御の特
性を補正することを特徴とする符号化方法。
【請求項８】請求項６記載の符号化方法において、符号化処理の経過時間を測定し、測定した経過時間を用いて、前記フィードバック制御の
特性を補正することを特徴とする符号化方法。
【請求項９】請求項１記載の符号化方法において、シーンチェンジを検出したとき、シーンチェンジ後の映像の歪み感度を検出し、検出した
歪み感度に応じて、量子化パラメータを決定することを
特徴とする符号化方法。
【請求項１０】請求項１記載の符号化方法において、シーンチェンジを検出したとき、シーンチェンジ後の映像の歪み感度を検出し、検出した
歪み感度に応じて、第１の量子化パラメータを決定し、シーンチェンジから所定の期間の間、発生符号量を測定
し、測定した発生符号量に基づいて、第２の量子化パラメー
タを決定することを特徴とする符号化方法。
【請求項１１】請求項１記載の符号化方法において、符号化データを記録媒体に記録しつつ、前記記録媒体の
記録可能な記録容量を測定し、量子化パラメータの決定を、測定した記録容量を加味し
て、行うことを特徴とする符号化方法。
【請求項１２】信号を量子化処理を用いて符号化する
方法であって、前記信号の符号化難度に応じた割り当て係数と、発生符
号量とを基にして、量子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータを用いて、量子化処理を行う
ものであり、前記割り当て係数を、所定期間における量子化パラメー
タの平均値と、前記所定期間における発生符号量の平均
値とを基にして、求める符号化方法。
【請求項１３】信号を量子化処理を用いて符号化する
方法であって、発生符号量と目標符号量との差である誤差符号量の累積
値を求め、この累積誤差符号量を用いたフィードバック
制御によって、量子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータを用いて、量子化処理を行う
ものであり、前記誤差符号量を用いて、前記フィードバック制御の特
性を補正する符号化方法。
【請求項１４】信号を量子化処理を用いて符号化する
方法であって、発生符号量と目標符号量との差である誤差符号量の累積
値を求め、この累積誤差符号量を用いたフィードバック
制御によって、量子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータを用いて、量子化処理を行う
ものであり、符号化処理の経過時間を測定し、測定した経過時間を用いて、前記フィードバック制御の
特性を補正する符号化方法。
【請求項１５】映像信号を量子化処理を用いて符号化
する方法であって、映像の歪み感度を検出し、検出した歪み感度に応じて、
量子化パラメータを決定し、決定した量子化パラメータを用いて、量子化処理を行う
符号化方法。
【請求項１６】映像を表すまたは映像に付随する信号
を符号化する装置であって、前記信号に対して、量子化処理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号化処理を行い、符号化
データを出力する符号化器と、前記量子化器に、量子化パラメータを供給する手段と、前記映像におけるシーンチェンジの有無を検出するシー
ンチェンジ検出手段とを備え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出し
たときは、チェンジ後のシーンに応じて決定した量子化
パラメータを、前記量子化器に供給する一方、前記シー
ンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出しない間
は、符号化レートが安定するように決定した量子化パラ
メータを、前記量子化器に供給するものである符号化装
置。
【請求項１７】請求項１６記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出し
たとき、チェンジ後の前記信号の符号化難度に応じて、
量子化パラメータを決定することを特徴とする符号化装
置。
【請求項１８】請求項１６記載の符号化装置におい
て、前記符号化データの符号量を測定する符号量測定器を備
え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出し
たとき、前記信号の符号化難度に応じた割り当て係数
と、所定期間の間に前記符号量測定器によって測定され
た符号量とを基にして、量子化パラメータを決定するこ
とを特徴とする符号化装置。
【請求項１９】請求項１８記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、前記割り当て係数を、目標符号化レートに基づいて、求
めることを特徴とする符号化装置。
【請求項２０】請求項１８記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、前記割り当て係数を、シーンチェンジ検出の前の所定期
間における量子化パラメータの平均値と、前記所定期間
における発生符号量の平均値とを基にして、求めること
を特徴とする符号化装置。
【請求項２１】請求項１６記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出し
ない間、発生符号量と目標符号量との差である誤差符号
量の累積値を求め、この累積誤差符号量を用いたフィー
ドバック制御によって、量子化パラメータを決定するこ
とを特徴とする符号化装置。
【請求項２２】請求項２１記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、前記誤差符号量を用いて、前記フィードバック制御の特
性を補正することを特徴とする符号化装置。
【請求項２３】請求項２１記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、符号化処理の経過時間を測定し、測定した経過時間を用いて、前記フィードバック制御の
特性を補正することを特徴とする符号化装置。
【請求項２４】請求項１６記載の符号化装置におい
て、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出し
たとき、シーンチェンジ後の映像の歪み感度を検出し、
検出した歪み感度に応じて、量子化パラメータを決定す
ることを特徴とする符号化装置。
【請求項２５】請求項１６記載の符号化装置におい
て、前記符号化データの符号量を測定する符号量測定器を備
え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記シーンチェンジ検出手段がシーンチェンジを検出し
たとき、シーンチェンジ後の映像の歪み感度を検出し、
検出した歪み感度に応じて、第１の量子化パラメータを
決定し、所定の期間が経過した後、前記符号量測定器に
よって測定された符号量に基づいて、第２の量子化パラ
メータを決定することを特徴とする符号化装置。
【請求項２６】信号を符号化する装置であって、前記信号に対して、量子化処理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号化処理を行い、符号化
データを出力する符号化器と、前記符号化データの符号量を測定する符号量測定器と、前記量子化器に、量子化パラメータを供給する手段とを
備え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記信号の符号化難度に応じた割り当て係数と、前記符
号量測定器によって測定された符号量とを基にして、量
子化パラメータを決定するものであり、かつ、前記割り当て係数を、所定期間における量子化パラメー
タの平均値と、前記所定期間における発生符号量の平均
値とを基にして、求めるものである符号化装置。
【請求項２７】信号を符号化する装置であって、前記信号に対して、量子化処理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号化処理を行い、符号化
データを出力する符号化器と、前記符号化データの符号量を測定する符号量測定器と、前記量子化器に、量子化パラメータを供給する手段とを
備え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記符号量測定器によって測定された符号量と目標符号
量との差である誤差符号量の累積値を求め、この累積誤
差符号量を用いたフィードバック制御によって、量子化
パラメータを決定するものであり、かつ、前記誤差符号量を用いて、前記フィードバック制御の特
性を補正するものである符号化装置。
【請求項２８】信号を符号化する装置であって、前記信号に対して、量子化処理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号化処理を行い、符号化
データを出力する符号化器と、前記符号化データの符号量を測定する符号量測定器と、前記量子化器に、量子化パラメータを供給する手段とを
備え、前記量子化パラメータ供給手段は、前記符号量測定器によって測定された符号量と目標符号
量との差である誤差符号量の累積値を求め、この累積誤
差符号量を用いたフィードバック制御によって、量子化
パラメータを決定するものであり、かつ、符号化経過時間を測定し、測定したこの符号化経過時間
を用いて、前記フィードバック制御の特性を補正するも
のである符号化装置。
【請求項２９】映像信号を符号化する装置であって、前記映像信号に対して、量子化処理を行う量子化器と、前記量子化器の出力に対して符号化処理を行い、符号化
データを出力する符号化器と、前記量子化器に、量子化パラメータを供給する手段とを
備え、前記量子化パラメータ供給手段は、映像の歪み感度を検出し、検出した歪み感度に応じて、
量子化パラメータを決定するものである符号化装置。
【請求項３０】映像を表すまたは映像に付随する信号
を記録媒体に記録する装置であって、請求項１６記載の符号化装置を備え、前記符号化装置から出力された符号化データを、記録媒
体に記録する記録装置。
【請求項３１】請求項３０記載の記録装置において、前記記録媒体の記録可能な記録容量を測定する手段を備
え、前記符号化装置が有する量子化パラメータ供給手段は、
前記測定手段によって測定された記録容量を加味して、
量子化パラメータを決定することを特徴とする記録装
置。