JP2001078194A - 動画像圧縮符号化制御方法および動画像圧縮符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ディジタル動画像圧縮符号化技術
において、量子化スケール値に左右されず目標ビットレ
ートを達成する符号化制御が可能な動画像圧縮符号化制
御方法および動画像圧縮符号化装置を提供することを目
的とする。 【解決手段】 一連の複数の画面から構成される入力画
像の各画面を複数の領域に分割し、直交変換し、量子化
して符号化する時、量子化する際に使用する量子化スケ
ールを補正するだけでなく、量子化マトリクス値を更新
することにより符号化制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動画像圧縮符号化
制御方法および動画像圧縮符号化装置に関し、特に、デ
ィジタル動画像圧縮符号化処理時に量子化マトリクスの
補正を行うことにより、きめ細かなレート制御が可能な
動画像圧縮符号化制御方法および動画像圧縮符号化装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】動画像をディジタル化する技術におい
て、発生する膨大な情報量を圧縮して符号化するための
方式として、ディジタルビデオおよび付随するオーディ
オに対する符号化方式の標準規格ＩＳＯ−ＩＥＣ １３
８１８−２（通称、「ＭＰＥＧ２」(Ｍｏｖｉｎｇ Ｐ
ｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔ Ｇｒｏｕｐ Ｐｈａｓｅ
２)）がある。

【０００３】ＭＰＥＧ２においては、一連の複数の画面
から構成される動画像において、各画面を一旦フレーム
メモリに保存し、フレーム間の差分を取ることによって
時間軸方向の冗長度を削減し、さらに、各フレームを構
成する複数の画素を離散コサイン変換（以後、「ＤＣ
Ｔ」と略す）等の直交変換処理を行うことにより空間軸
方向の冗長度を削減することにより、効率良い動画像圧
縮符号化を実現している。

【０００４】符号化された信号は、復号器に送られて復
号され再生される。復号器では、画面を再生し第１のフ
レームメモリに保存し、差分情報に基づいて次に続くべ
き画面を予測し第２のフレームメモリに保存し、２つの
フレームからその間に挿入される画面をさらに予測し
て、一連の画面を構成し動画像を再生する。このような
手法は双方向予測と呼ばれる。

【０００５】ＭＰＥＧ２では、この双方向予測を実現す
るために、Ｉピクチャ、ＰピクチャおよびＢピクチャと
いう３つのタイプを規定している。Ｉピクチャは、イン
トラ符号化ピクチャの略であり、他のピクチャとは独立
して静止画として符号化される画面のことである。Ｐピ
クチャは、順方向予測符号化ピクチャの略であり、時間
的に過去に位置するＩまたはＰピクチャに基づいて予測
符号化される画面のことである。Ｂピクチャは、双方向
予測符号化ピクチャの略であり、時間的に前後に位置す
るＩまたはＰピクチャを用いて順方向、逆方向または双
方向のピクチャに基づいて予測符号化される画面のこと
である。すなわち、ＩピクチャおよびＰピクチャを先に
符号化処理した後、その間に挿入されるＢピクチャが符
号化される。

【０００６】図９にＭＰＥＧ２の画面構成の一例を示
す。複数の関連のあるピクチャを１組みのグループとし
たのがシーケンスヘッダ（ＳＨ）を有するＧＯＰ（Ｇｒ
ｏｕｐｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）であり、ランダムアク
セスの単位となる画面グループの最小単位である。各ピ
クチャは、さらに複数のマクロブロックと呼ばれる領域
に分割される。

【０００７】一般に動画像の符号化処理には図１０に示
されるような符号化器１が使用される。同図によれば、
符号化器１は、加算器３、ＤＣＴ５、量子化器７、逆量
子化器１３、逆ＤＣＴ１５、加算器１７、動き補償／フ
レームメモリ１９、レート制御部２１および可変長符号
化器（以後、「ＶＬＣ」と呼ぶ）および多重化部２３を
備えている。符号化器１は、入力画像Ｓに対して、ＤＣ
Ｔ、量子化および可変長符号化の順に処理を行い、設定
された目標ビットレートに応じたレート制御処理を行っ
て所定のビットレートを有する出力ビットストリームｂ
１を生成し出力する。

【０００８】量子化処理では、ＤＣＴ変換で得られた係
数を所定の量子化ステップで除算する。これにより、さ
らに画像信号は圧縮される。この量子化ステップは、所
定の量子化テーブルに含まれる複数の量子化マトリクス
値に量子化スケールを乗算して求められる。

【０００９】レート制御を行う理由は、動画像符号化処
理では符号化によって発生する情報量が一定ではないか
らである。特にシーンチェンジ時には、情報量は一気に
増大する。このように一定しない符号化信号を固定レー
トの伝送路に送出するために、符号化器１側で予め送信
用バッファのレベル以上の情報量が発生しないように符
号化データのレート制御を行う必要がある。図１０の符
号化器１のレート制御部２１は、ＶＬＣ／多重化２３か
ら発生符号量を入力し、発生符号量に基づいて、マクロ
ブロック単位に量子化スケールを補正して量子化器７へ
出力する。量子化器７が補正された量子化スケールを使
用して量子化を行うことによって、レート制御が実現さ
れる。

【００１０】ＭＰＥＧ２では、ＩＳＯ−ＩＥＣ／ＪＴＣ
１／ＳＣ２９／ＷＧ１１／Ｎ０４００ Ｔｅｓｔ Ｍｏ
ｄｅｌ ５ （Ａｐｒｉｌ， １９９３）（以後、「Ｔ
Ｍ５」と略す）にレート制御方式が記載されている。図
１１に示されるように、ＭＰＥＧ２のＴＭ５に記載され
ているレート制御処理は、３つのステップＳ１〜Ｓ３か
らなる。

【００１１】ステップＳ１では、ピクチャ毎にビット配
分が行われる。始めにＧＯＰ内の各ピクチャに対する割
り当て符号量を、ＧＯＰ内の未符号化ピクチャに対する
割り当て符号量Ｒに基づいて配分する。次いで、この配
分をＧＯＰ内の符号化するピクチャ順に行う。この場
合、以下の２つの仮定を用いて符号量の割り当てを行
う。

【００１２】第１の仮定では、３つのピクチャタイプ、
Ｉ、ＰおよびＢピクチャの発生符号量をそれぞれＳi、
ＳpおよびＳbとし、各ピクチャ内の全マクロブロックの
量子化スケールｍｑの平均値である平均量子化パラメー
タをそれぞれＱi、ＱpおよびＱbとして、各ピクチャの
符号化時に用いる平均量子化パラメータＱi、Ｑpおよび
Ｑbと発生符号量Ｓi、ＳpおよびＳbとの積は、ピクチャ
タイプ毎に一定値であるとする。

【００１３】従って、Ｉ、ＰおよびＢピクチャの画面の
複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbはそれぞれ
次式（１）、（２）および（３）で与えられる。

【００１４】 Ｘi＝Ｓi×Ｑi …式（１） Ｘp＝Ｓp×Ｑp …式（２） Ｘb＝Ｓb×Ｑb …式（３） ここで、Ｉ、ＰおよびＢピクチャの画面の複雑さを示す
パラメータＸi、ＸpおよびＸbの初期値は、次式
（４）、（５）および（６）でそれぞれ与えられる。

【００１５】 Ｘi＝１６０×bit_rate／１１５ …式（４） Ｘp＝６０×bit_rate／１１５ …式（５） Ｘb＝４２×bit_rate／１１５ …式（６） ここで、bit_rateは目標ビットレートである。

【００１６】第２の仮定では、Ｉピクチャの量子化スケ
ールを基準としたＰおよびＢピクチャの量子化スケール
の比率がそれぞれＫp＝１．０およびＫb＝１．４になる
場合に、常に全体の画質が最適化されるとする。

【００１７】ＧＯＰ内のＩ、ＰおよびＢピクチャに対す
る割り当て符号量Ｔi、ＴpおよびＴbは、次式（７）、
（８）および（９）によりそれぞれ算出される。ただ
し、ＮｐおよびＮｂは、それぞれＧＯＰ内の未符号化の
ＰおよびＢピクチャの数を示す。

【００１８】

【数１】

【００１９】ここで、Ｉ、ＰおよびＢピクチャに対する
割り当て符号量Ｔi、ＴpおよびＴbは、上記の式
（７）、（８）および（９）で第１項で与えられる値、
または第２項のbit_rate／（８×picture_rate）で与え
られる値の何れか大きい方をそれぞれとる。また、pict
ure_rateは、入力画像の時間解像度を示す値であり、１
秒間に復号され表示される画面の枚数を示す。

【００２０】ピクチャが符号化された後、ＧＯＰ内の未
符号化ピクチャに対する割り当て符号量Ｒをピクチャタ
イプに対応する発生符号量Ｓi、ＳpまたはＳbに基づい
て、次式（１０）により更新する。

【００２１】 Ｒ＝Ｒ−Ｓi,p,b …式（１０） ここで、Ｓi,p,bは、発生符号量Ｓi、ＳpまたはＳbの何
れか符号化されたピクチャのピクチャタイプに対応する
値である。

【００２２】また、ＧＯＰ内の一番最初のピクチャを符
号化する時は、次式（１１）によりＲを求める。

【００２３】 Ｒ＝bit_rate×Ｎ／picture_rate＋Ｒ …式（１１） ここで、Ｎは符号化対象ＧＯＰ内のピクチャの総数であ
る。

【００２４】ステップＳ２では、仮想的な基準復号器を
想定し、仮想バッファに対するレート制御を行う。この
レート制御処理では、Ｉ、ＰおよびＢピクチャに割り当
てられた符号量Ｔi、ＴpおよびＴbと、Ｉ、ＰおよびＢ
ピクチャの発生符号量Ｓi、ＳpおよびＳbをそれぞれ一
致させるために、ピクチャタイプ毎に個別に設定した３
種類の仮想バッファ容量に基づいて量子化スケールｍｑ
をマクロブロック単位のフィードバック制御で求める。

【００２５】Ｉ、ＰおよびＢピクチャ内のｊ番目のマク
ロブロックMB(j)を符号化する時に使用する仮想バッフ
ァの占有量ｄi(j)、ｄp(j)およびｄb(j)は次式（１
２）、（１３）および（１４）によりそれぞれ算出され
る。

【００２６】

【数２】

【００２７】ここで、Ｂ(j-1)は、（ｊ−１）番目のマ
クロブロックMB(j-1)までの全マクロブロックの発生符
号量である。

【００２８】また、ｄi(0)、ｄp(0)およびｄb(0)は、そ
れぞれＩ、ＰおよびＢピクチャの仮想バッファ占有量の
初期値であり、次式（１５）、（１６）および（１７）
でそれぞれ与えられる。また、１番目のマクロブロック
MB(1)を符号化する場合の仮想バッファ占有量ｄi(1)、
ｄp(1)およびｄb(1)も、下記の式で与えられる初期値ｄ
i(0)、ｄp(0)およびｄb(0)をそれぞれ使用する。

【００２９】 ｄi(0)＝１０×ｒ／３１ …式（１５） ｄp(0)＝Ｋp×ｄi(0) …式（１６） ｄb(0)＝Ｋb×ｄi(0) …式（１７） ここで、ｒはリアクションパラメータと呼ばれ、下記の
式（１８）で示され、フィードバックループの応答速度
を制御する。

【００３０】 ｒ＝２×bit_rate／picture_rate …式（１８） また、Ｉ、ＰおよびＢピクチャ符号化終了時の仮想バッ
ファ占有量、すなわちＮＭＢ番目のマクロブロックMB(N
MB)を符号化したときの仮想バッファ占有量ｄi(NMB)、
ｄp(NMB)およびｄb(NMB)は、ピクチャタイプ毎に、次回
符号化する時の仮想バッファ占有量の初期値ｄi(0)、ｄ
p(0)およびｄb(0)として用いられる。

【００３１】上記のＩ、ＰおよびＢピクチャの仮想バッ
ファの占有量ｄi(j)、ｄp(j)およびｄb(j)に基づいて、
各ピクチャ毎にｊ番目のマクロブロックMB(j)に対する
量子化スケールｍｑi(j),ｍｑp(j)およびｍｑb(j)を次
式（１９）により求める。

【００３２】 ｍｑi,p,b(j)＝ｄi,p,b(j)×３１／ｒ …式（１９） ステップＳ３では、視覚的特性を考慮した適応量子化の
３階層の処理を行う。すなわち、視覚的に劣化の目立ち
やすい平坦部では細かく量子化し、比較的劣化の目立ち
にくい複雑な部分では粗く量子化するように、ステップ
Ｓ２で求められる量子化スケールを変化させる。このス
テップ３は本願と関係がないので詳細な説明は省略す
る。このように、ＭＰＥＧ２のＴＭ５では量子化スケー
ルを変化させることによりレート制御を行っている。

【００３３】図１０に示される符号化器１では、上述の
ＭＰＥＧ２のＴＭ５に記載されたレート制御処理に準拠
したレート制御処理がレート制御部２１で行われる。図
１２に、符号化器１における従来のレート制御のメイン
処理ルーチンを示す。メイン処理ルーチンは、ステップ
Ａ１〜Ａ１１からなる。ステップＡ１では、変数ｎを１
に設定する。ここで、変数ｎは、符号化対象ピクチャに
付けられた番号を示し、ｎ番目のピクチャをpic(n)と示
す。

【００３４】ステップＡ２では、上述の仮定に基づき、
Ｉピクチャの量子化スケールを基準としたＰおよびＢピ
クチャの量子化スケールの比率をＫp＝１．０およびＫb
＝１．４にそれぞれ設定する。また、図示されない記憶
装置に格納されている量子化テーブルに保存されている
量子化マトリクス値を読み出しデフォルトの量子化マト
リクス［ＱＭ(0)］とする。ここで、[ＱＭ(n)]で示され
る量子化マトリクス値は、ｎ番目のピクチャを量子化す
るときに使用する量子化マトリクスＱＭ(a,b)を示して
いて、実際には８×８個の要素を有している。

【００３５】ステップＡ３では、ＧＯＰ内の未符号化の
ＰおよびＢピクチャの枚数ＮｐおよびＮｂをそれぞれ求
める。ステップＡ４では、画面の複雑さを示すパラメー
タＸi、ＸpおよびＸbを算出する処理ルーチンへ制御を
移す。本処理ルーチンについては、図１３を用いて後述
する。

【００３６】画面の複雑さを示すパラメータＸi、Ｘpお
よびＸbを算出する処理ルーチンから制御が戻ると、ス
テップＡ５では、ＧＯＰ内のＩ、ＰおよびＢピクチャに
対する割り当て符号量Ｔi、ＴpおよびＴbを、上記の式
（７）、（８）および（９）によりそれぞれ算出する。
ここではステップＡ２〜Ａ４で求められたＫｐおよびＫ
ｂ、ピクチャ数ＮｐおよびＮｂ、複雑さを示すパラメー
タＸｉ、ＸｐおよびＸｂに基づいて処理される。

【００３７】ステップＡ６では、変数ｎが１か否かの判
定がなされる。すなわち、１番目のピクチャpic(1)か否
かの判定がなされる。１番目のピクチャpic(1)の場合
は、ステップＡ７へ進み、ＧＯＰ内の未符号化ピクチャ
に対する割り当て符号量Ｒを上記の式（１１）により設
定する。

【００３８】１番目のピクチャpic(1)ではない場合は、
ステップＡ８へ進み、ＧＯＰ内の未符号化ピクチャに対
する割り当て符号量Ｒを上記の式（１０）より各ピクチ
ャタイプ毎に更新する。このときＳi,p,bは、（ｎ−
１）番目のピクチャpic(n-1)の発生符号量Ｓ(n-1)を使
用する。

【００３９】ステップＡ７およびＡ８はともにステップ
Ａ９へ進み、ｎ番目のピクチャpic(n)の符号化処理ルー
チンへ制御を移す。符号化処理については、図１４を用
いて後述する。

【００４０】符号化処理ルーチンから制御が戻ると、ス
テップＡ１０で変数ｎをインクリメントしてステップＡ
１１へ進み、変数ｎがピクチャ総数ＮＰＩＣを超えてい
るか否かの判定をして、変数ｎがピクチャ総数ＮＰＩＣ
を超えていなければステップＡ３へ戻り、変数ｎがピク
チャ総数ＮＰＩＣを超えていれば本メイン処理ルーチン
を終了する。

【００４１】このように変数ｎは、ステップＡ３〜Ａ１
０の処理を繰り返すためのループカウンタとしても使用
される。これにより、１番目のピクチャpic(1)からＮＰ
ＩＣ番目のピクチャpic(NPIC)まで全てのピクチャに対
して順次レート制御を伴う符号化処理を行うことができ
る。

【００４２】本処理ルーチンのステップＡ３〜Ａ５の処
理が図１１のレート制御処理のステップＳ１に該当し、
ステップＡ６〜Ａ８の処理が図１１のレート制御処理の
ステップＳ２に該当する。図１１のレート制御処理のス
テップＳ３については省略してある。

【００４３】次に、図１２のメイン処理ルーチンのステ
ップＡ４で呼び出される画面の複雑さを示すパラメータ
Ｘi、ＸpあるいはＸbの算出処理ルーチンについて図１
３のフローチャートを用いて説明する。本処理ルーチン
はステップＢ１〜Ｂ１０からなる。ステップＢ１では、
変数ｎが１か否かの判定、すなわち、１番目のピクチャ
pic(1)か否かの判定がなされる。１番目のピクチャpic
(1)の場合は、ステップＢ２へ進み、１番目のピクチャp
ic(1)でない場合は、ステップＢ５へ進む。ステップＢ
２、Ｂ３およびＢ４の処理で、Ｉ、ＰおよびＢピクチャ
の複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbに上記の
式（４）、（５）および（６）で示される初期値をそれ
ぞれ設定する。ステップＢ４が終了すると、メイン処理
ルーチンへ戻る。

【００４４】ステップＢ５では、１つ前のピクチャ、す
なわち（ｎ−１）番目のピクチャpic(n-1)を量子化した
時の全マクロブロックの量子化スケールｍｑ(j)の平均
値である平均量子化パラメータＱ(n-1)を算出する。

【００４５】ステップＢ６では、（ｎ−１）番目のピク
チャpic(n-1)がＩピクチャか否かを判定し、Ｉピクチャ
の場合は、ステップＢ７へ進み、Ｉピクチャでない場合
は、ステップＢ８へ進む。ステップＢ７では、画面の複
雑さを示すパラメータＸiを上式（１）により算出す
る。ここで、ＳiおよびＱiには、（ｎ−１）番目のピク
チャpic(n-1)を符号化したときの発生符号量Ｓ(n-1)お
よびステップＢ５で算出された平均量子化パラメータ値
Ｑ(n-1)をそれぞれ使用する。

【００４６】ステップＢ８では、（ｎ−１）番目のピク
チャpic(n-1)がＰピクチャか否かを判定し、Ｐピクチャ
の場合は、ステップＢ９へ進み、Ｐピクチャでない場合
は、ステップＢ１０へ進む。続くステップＢ９では、画
面の複雑さを示すパラメータＸpを上式（２）により算
出する。ここで、ＳpおよびＱpには、（ｎ−１）番目の
ピクチャpic(n-1)を符号化したときの発生符号量Ｓ(n-
1)およびステップＢ５で算出された平均量子化パラメー
タ値Ｑ(n-1)をそれぞれ使用する。

【００４７】ステップＢ１０では、画面の複雑さを示す
パラメータＸbを上式（３）により算出する。ここで、
ＳbおよびＱbには、（ｎ−１）番目のピクチャpic(n-1)
を符号化したときの発生符号量Ｓ(n-1)およびステップ
Ｂ５で算出された平均量子化パラメータ値Ｑ(n-1)をそ
れぞれ使用する。ステップＢ７、Ｂ９またはＢ１０の
後、メイン処理ルーチンへ制御を戻す。

【００４８】次に、図１２のメイン処理ルーチンのステ
ップＡ９で呼び出される符号化処理ルーチンについて図
１４のフローチャートを用いて説明する。符号化処理ル
ーチンはステップＣ１〜Ｃ６からなる。ステップＣ１で
は、変数ｊに１を設定する。ここで、変数ｊは、１ピク
チャ内の複数のマクロブロックに付けられた番号を示
し、ｊ番目のマクロブロックをMB(j)と示す。

【００４９】ステップＣ２では、ｎ番目のピクチャpic
(n)内のｊ番目のマクロブロックMB(j)を符号化する時に
使用する仮想バッファの占有量ｄi(j)、ｄp(j)およびｄ
b(j)を上記の式（１２）、（１３）および（１４）によ
り算出する。一番最初に符号化が行われる時は、Ｉ、Ｐ
およびＢピクチャの仮想バッファ占有量の初期値ｄi
(0)、ｄp(0)およびｄb(0)を上記の式（１５）、（１
６）および（１７）により設定する。また、Ｉ、Ｐおよ
びＢピクチャ符号化終了時の仮想バッファ占有量、すな
わちＮＭＢ番目のマクロブロックMB(NMB)を符号化した
ときの仮想バッファ占有量ｄi(NMB)、ｄp(NMB)およびｄ
b(NMB)は、ピクチャタイプ毎に、次回符号化する時の仮
想バッファ占有量の初期値ｄi(0)、ｄp(0)およびｄb(0)
として用いられる。

【００５０】ステップＣ３では、ｊ番目のマクロブロッ
クMB(j)に対する量子化スケールｍｑ(j)を上記の式（１
９）により求める。ステップＣ４では、ステップＣ３で
求められた量子化スケールｍｑ(j)に基づいて、ｊ番目
のマクロブロックMB(j)を符号化する。

【００５１】上述までの処理で求められた量子化スケー
ルｍｑ(j)は、マクロブロック単位で設定しているが、
スライス単位でも可能である。量子化スケールｍｑ(j)
値が大きいと粗く量子化され、量子化係数値が少なくか
つ小さくなるために発生符号量が減少する。一方、量子
化スケールｍｑ(j)値が小さい場合は、細かく量子化さ
れ、量子化係数が多くかつ大きくなるために発生符号量
が増大する。

【００５２】先にも述べたように、ＭＰＥＧ２では量子
化スケールｍｑ(j)は１〜３１の範囲に制限されてい
る。量子化処理は、ＤＣＴ係数を量子化スケールｍｑ
(j)と量子化マトリクスＱＭ(a,b)との積で除算して行わ
れる。ここで、一つのブロック内のＤＣＴ係数をcoeff
(a,b)とした場合の量子化値q(a,b)は、マクロブロック
の種類によって次式（２０）〜（２２）の何れかによっ
て求められる。ここで、ａおよびｂは０〜７の整数であ
り、８画素×８ラインからなるブロック内での画素の座
標位置を示している。

【００５３】イントラマクロブロックの場合は、ＤＣ係
数の量子化演算式として式（２０）を使用し、ＡＣ係数
の量子化演算式として式（２１）を使用する。また、イ
ンターマクロブロックの場合は式（２２）を使用する。

【００５４】 q(0,0)＝coeff(0,0)//８ …式（２０） q(a,b)＝16×coeff(a,b)//(2×ｍｑ(j)×intra_ＱＭ(a,b)) …式（２１） q(a,b)＝16×coeff(a,b)//(2×ｍｑ(j)×inter_ＱＭ(a,b)) …式（２２） ここで、intra_ＱＭ（a,b)は、イントラマクロブロック
符号化用の量子化マトリクス、inter_ＱＭ（a,b)は、イ
ンターマクロブロック符号化用の量子化マトリクスであ
り、式中の記号//は、丸め付き割り算を意味する。

【００５５】ステップＣ５では、変数ｊをインクリメン
トして、ステップＣ６へ進み、変数ｊがマクロブロック
総数ＮＭＢを超えているか否かの判定をする。ここで、
ＮＭＢはｎ番目のピクチャpic(n)内に含まれるマクロブ
ロックの総数である。変数ｊがマクロブロック総数ＮＭ
Ｂを超えていない場合は、ステップＣ２へ戻り、変数ｊ
がマクロブロック総数ＮＭＢを超えている場合は、本処
理ルーチンを終了し、メイン処理ルーチンへ戻る。

【００５６】このようにして、変数ｊは、ステップＣ２
〜Ｃ５の処理を繰り返すためのループカウンタとしても
使用される。これにより、ｎ番目のピクチャpic(n)内の
１番目のマクロブロックMB(1)からＮＭＢ番目のマクロ
ブロックMB(NMB)まで全てのマクロブロックに対して順
次符号化処理を行うことができる。

【００５７】さらに、符号化器１で生成されたＭＰＥＧ
２に準拠したビットストリーム（以後、「ＭＰＥＧ２ビ
ットストリーム」と呼ぶ）は、図示されない復号器によ
って復号され動画像が再生されるが、伝送路の帯域は多
岐に渡り、伝送速度が異なるものもある。そこで、図１
５に示されるように、符号化器１によって生成されたＭ
ＰＥＧ２ビットストリームｂ１は、トランスコーダ５１
によってトランスコーディング処理がなされ各伝送路の
伝送速度に応じたビットレートのビットストリームｂ２
に変換されて復号器に転送される。

【００５８】一般的なトランスコーダ５１の構成を図１
６に示す。トランスコーダ５１は、信号分離／可変長復
号器（以後、「ＶＬＤ」と呼ぶ）５３、逆量子化器５
５、逆ＤＣＴ器５７、加算器５９および６３、スイッチ
６１および６５、ＤＣＴ器６７、量子化器６９、逆量子
化器７１、逆ＤＣＴ器７３、スイッチ７５、加算器７
７、フレームメモリ７９および８５、動き補償回路８１
および８７、モード制御部８３、レート制御部８９およ
び多重化／ＶＬＣ９１を備えている。

【００５９】このトランスコーダ５１では、元のＭＰＥ
Ｇ２ビットストリームｂ１を復号部５１ａで完全に復号
して、得られた画像シーケンスを、符号化部５１ｂで再
度符号化を行い、所定の目標ビットレートのＭＰＥＧ２
ビットストリームｂ２に変換する。すなわち、復号器と
符号化器を単純に結合させたトランスコーダである。ト
ランスコーダ５１でも、符号化器１と同様に、レート制
御部８９でレート制御処理が行われる。このレート制御
処理は、図１７に示される通りであるが、図１２のレー
ト制御処理に、ステップＤ４に示されるピクチャの空間
領域までの復号処理が追加される以外は、全て同じであ
るので、詳細な説明は省略する。

【００６０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の符号化器１およびトランスコーダ５１にお
いては、下記のような問題点がある。符号化器１におけ
るレート制御においては、量子化スケール値ｍｑ(j)が
１〜３１の範囲に限定されているため、最小の量子化ス
ケール値、すなわちｍｑ(j)＝１の場合には、それ以上
細かい量子化が行えず、図１８の点線ｂで示される目標
符号量ｂより、実線ａで示されるように、少ない発生符
号量ａしか得られず、目標ビットレートを達成できなく
なる、といった問題点がある。一方、最大の量子化スケ
ール値、すなわちｍｑ(j)＝３１の場合には、それ以上
粗い量子化が行えず、図１８の実線ｃで示されるよう
に、目標符号化量ｂより多い発生符号量ｃとなってしま
い、やはり目標ビットレートを達成できなくなる、とい
った問題点がある。

【００６１】また、上述のようなトランスコーダ５１に
おけるレート制御においては、量子化スケール値ｍｑ
(j)が３１の場合、トランスコーディング処理を行っ
て、元の符号量より更に符号量を減らす際に、量子化ス
ケール値ｍｑ(j)が３１に固定されてしまうと、やはり
目標ビットレートを達成できなくなる、といった問題点
がある。これらの傾向は、符号化するマクロブロック総
数が増大すればするほど強くなる。

【００６２】そこで本発明は、レート制御時に量子化マ
トリクス値を調整することにより、目標ビットレートに
近い発生符号量を実現可能な動画像圧縮符号化制御方法
および動画像圧縮符号化装置を提供することを目的とす
る。

【００６３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するために、（ａ）一連の複数の画面か
ら構成される入力画像の各画面を複数の領域に分割する
ステップと、（ｂ）複数の量子化マトリクス値を有する
量子化テーブルと量子化スケールを準備するステップ
と、（ｃ）該ステップ（ａ）で分割された領域毎に、入
力画像を直交変換して直交変換係数を生成するステップ
と、（ｄ）前記量子化スケールと前記量子化テーブルに
基づいて前記ステップ（ｃ）で生成された直交変換係数
を量子化して量子化係数を生成するステップと、（ｅ）
該ステップ（ｄ）で生成された量子化係数を可変長符号
化するステップと、（ｆ）前記ステップ（ｅ）で符号化
された各画面の発生符号量に基づいて、前記領域毎に、
前記量子化スケールを補正するステップと、を備えた前
記発生符号量を制御する動画像圧縮符号化制御方法にお
いて、（ｇ）前記各画面毎に、前記量子化テーブルの量
子化マトリクス値を更新するステップを備えたことを特
徴とする。

【００６４】発生符号量を制御するための量子化スケー
ル補正ステップ（ｆ）は、ＭＰＥＧ２のＴＭ５に記載さ
れたレート制御処理であり、量子化スケールを補正する
ことによって発生符号量をフィードバック制御する。入
力画像を構成する複数の画面は、フレームメモリに読み
込まれ、ピクチャと呼ばれる単位で処理される。各ピク
チャはさらに１６画素×１６ラインからなる複数のマク
ロブロックと呼ばれる領域に分割される。量子化に使用
される量子化テーブルと量子化スケールは、システム毎
に設定可能な値である。

【００６５】本発明の方法によれば、動画像の量子化を
行う際に使用する量子化スケールを補正するだけでな
く、量子化テーブルに含まれる量子化マトリクス値を更
新することにより符号化時の発生符号量をより適切に制
御することができる。

【００６６】特にＭＰＥＧ２では量子化スケールは１〜
３１の範囲に限定されているが、量子化スケール値が最
小値１または最大値３１に固定された場合も、量子化マ
トリクス値を詳細に設定変更することにより、よりきめ
細かなレート制御が可能となり、目標ビットレートによ
り近いビットストリームの生成が可能となる。

【００６７】さらに、請求項１に記載の動画像圧縮符号
化制御方法において、前記ステップ（ｇ）が、前記量子
化マトリクス値に補正係数を乗算して補正してもよい。

【００６８】さらに請求項２に記載の動画像圧縮符号化
制御方法において、前記ステップ（ｇ）が、（ｇ１）前
記（ｎ−１）番目の画面に含まれる全領域の量子化スケ
ールを平均するステップと、（ｇ２）該ステップ（ｇ
１）で算出された平均量子化スケールに基づいて、前記
量子化マトリクス値を補正するか否かを判定するステッ
プと、（ｇ３）該ステップ（ｇ２）で補正をすると判定
された場合に前記平均量子化スケールに基づいて、補正
係数を算出するステップと、（ｇ４）該ステップ（ｇ
３）で算出された補正係数を前記量子化マトリクス値に
乗算するステップと、を有してもよい。

【００６９】請求項３に記載の動画像圧縮符号化制御方
法において、前記入力画像の複数の画面が、１枚の画面
を静止画として符号化されるＩピクチャと、前記一連の
画面の時間方向において、順方向に予測して符号化され
るＰピクチャと、前記一連の画面の時間方向において、
双方向に予測して符号化されるＢピクチャと、からなる
とともに、独立して復号可能な複数のグループを形成
し、前記各グループ内のｍ番目の画面を符号化する際、
各ピクチャタイプ毎に（ｍ−１）番目までの画面の前記
平均量子化スケールと前記（ｍ−１）番目の画面の発生
符号量に基づいて、各ピクチャタイプ毎に画面の複雑さ
を算出するステップと、各ピクチャタイプ毎に該算出さ
れた複雑さに基づいて前記グループ内の割り当て符号量
を算出するステップと、該割り当て符号量に基づいて前
記グループ内の未符号化の画面に対して割り当てられる
ビット量を更新するステップと、前記補正係数に基づい
て前記各画面の複雑さを補正するステップと、を備えて
もよい。

【００７０】ここで、画面のグループとは、ＭＰＥＧ２
においてはＧＯＰのことである。

【００７１】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るために、一連の複数の画面から構成される入力画像の
各画面を複数の領域に分割する分割手段と、複数の量子
化マトリクス値を有する量子化テーブルと量子化スケー
ルを記憶する記憶装置と、前記分割手段で分割された領
域毎に、入力画像を直交変換して直交変換係数を生成す
る直交変換手段と、前記量子化スケールと前記量子化テ
ーブルに基づいて前記直交変換手段で生成された直交変
換係数を量子化して量子化係数を生成する量子化手段
と、該量子化手段で生成された量子化係数を可変長符号
化する可変長符号化手段と、前記可変長符号化手段で符
号化された各画面の発生符号量に基づいて、前記領域毎
に、前記量子化スケールを補正する手段と、を備えた前
記発生符号量を制御する動画像圧縮符号化装置におい
て、前記各画面毎に、前記量子化テーブルの量子化マト
リクス値を更新する量子化マトリクス更新手段を備えた
ことを特徴とする。

【００７２】この構成によれば、動画像の量子化を行う
際に使用する量子化スケールを更新するだけでなく、量
子化テーブルに含まれる量子化マトリクス値を更新する
ことにより符号化時の符号量を制御することができる。

【００７３】特に、量子化スケールは１〜３１の範囲に
限定されているのに対し、量子化スケール値が最小値１
または最大値３１に固定された場合も、量子化マトリク
スを詳細に設定変更することにより、よりきめ細かなレ
ート制御が可能となり、目標ビットレートにより近いビ
ットストリームの生成が可能となる。

【００７４】また、請求項５に記載の動画像圧縮符号化
装置において、前記量子化マトリクス更新手段が、前記
量子化マトリクス値に補正係数を乗算して補正してもよ
い。

【００７５】さらに、請求項６に記載の動画像圧縮符号
化装置において、前記量子化マトリクス更新手段が、前
記（ｎ−１）番目の画面に含まれる全領域の量子化スケ
ールを平均する量子化スケール平均部と、該量子化スケ
ール平均部で算出された平均量子化スケールに基づい
て、前記量子化マトリクス値を補正するか否かを判定す
る判定部と、該判定部で補正をすると判定された場合に
前記平均量子化スケールに基づいて、補正係数を算出す
る補正係数算出部と、該補正係数算出部で算出された補
正係数を前記量子化マトリクス値に乗算する量子化マト
リクス補正部と、を有してもよい。

【００７６】請求項７に記載の動画像圧縮符号化装置に
おいて、前記入力画像の複数の画面が、１枚の画面を静
止画として符号化されるＩピクチャと、前記一連の画面
の時間方向において、順方向に予測して符号化されるＰ
ピクチャと、前記一連の画面の時間方向において、双方
向に予測して符号化されるＢピクチャと、からなるとと
もに、独立して復号可能な複数のグループを形成し、前
記各グループ内のｍ番目の画面を符号化する際、各ピク
チャタイプ毎に、（ｍ−１）番目までの画面の前記平均
量子化スケールと前記（ｍ−１）番目の画面の発生符号
量に基づいて、各ピクチャタイプ毎に画面の複雑さを算
出する手段と、各ピクチャタイプ毎に該算出された複雑
さに基づいて前記グループ内の割り当て符号量を算出す
る手段と、該割り当て符号量に基づいて前記グループ内
の未符号化の画面に対して割り当てられるビット量を更
新する手段と、前記補正係数に基づいて前記各画面の複
雑さを補正する手段と、を備えてもよい。

【００７７】

【発明の実施の形態】以下に図面に基づいて、本発明の
詳細な説明を示すが、本発明は以下の実施例により限定
されるものではない。尚、全ての図面において、同様な
構成要素は同じ参照記号および符号を用いて示してあ
る。

【００７８】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法の
第１実施例として、図１〜４に示される動画像圧縮符号
化装置について説明する。本実施例の動画像圧縮符号化
装置は図１に示される符号化器１１０を備えている。

【００７９】図１の符号化器１１０は、図１０に示され
た従来の符号化器１の構成に量子化マトリクス制御部１
１１を追加した構成になっている。符号化器１と同じ構
成要素は同じ参照符号を付して詳細な説明は省略する。

【００８０】量子化マトリクス制御部１１１は、レート
制御部２１に接続され、レート制御部２１から各マクロ
ブロックMB(j)毎に量子化スケールｍｑ(j)を入力すると
ともに、量子化マトリクス制御部１１１から補正係数Ｃ
をレート制御２１に出力する。また量子化マトリクス制
御部１１１は、図示されない記憶装置に接続され、記憶
装置に格納されている初期値の量子化テーブルに保存さ
れている量子化マトリクス[ＱＭ(0)]を読み込む。さら
に、量子化マトリクス制御部１１１は、前記量子化スケ
ールｍｑ(j)に基づいて１つ前のピクチャpic(n-1)の平
均量子化パラメータＱ(n-1)を算出するとともに、平均
量子化パラメータＱ(n-1)に基づいて、ｎ番目のピクチ
ャpic(n)を量子化する時に使用する量子化マトリクス
[ＱＭ(n)]を補正するものである。さらに、量子化マト
リクス制御部１１１は、量子化器７およびＶＬＣ／多重
化器２３に接続され、補正した量子化マトリクス値[Ｑ
Ｍ(n)]を出力する。

【００８１】別の態様においては、平均量子化パラメー
タＱは、レート制御部２１で算出されてから量子化マト
リクス制御部１１１に出力されてもよい。

【００８２】上記のレート制御部２１、量子化マトリク
ス制御部１１１、量子化器７およびＶＬＣ／多重化器２
３により行われる符号化量制御処理について、図２乃至
４のフローチャートを用いて以下に説明する。

【００８３】図２は、レート制御部２１におけるレート
制御のメイン処理ルーチンの流れを示すフローチャート
であり、ステップＥ１〜Ｅ１３からなる。ステップＥ４
〜Ｅ６およびＥ１１以外のステップＥ１〜Ｅ３、Ｅ７〜
Ｅ１０、Ｅ１２およびＥ１３は、図１２の従来のレート
制御処理のステップＡ１〜Ａ３、Ａ５〜Ａ８、Ａ１０お
よびＡ１１とそれぞれ同じであるので、ここでは詳細な
説明は省略する。

【００８４】ステップＥ４では、変数ｎが１か否かの判
定がなされる。すなわち、１番目のピクチャpic(1)か否
かの判定がなされる。１番目のピクチャpic(1)の場合
は、ステップＥ５をバイパスしてステップＥ６へ進み、
１番目のピクチャpic(1)ではない場合は、ステップＥ５
へ進む。

【００８５】ステップＥ５では、後述する量子化マトリ
クス更新制御処理ルーチンへ制御を移す。これらの量子
化マトリクス更新制御処理は、図１の量子化マトリクス
制御部１１１で行われる処理である。

【００８６】量子化マトリクス更新制御処理ルーチンか
ら制御が戻ると、ステップＥ６へ進む。ステップＥ６で
は、後述する画面の複雑さを示すパラメータＸi、Ｘpお
よびＸbを算出する処理ルーチンへ制御を移す。画面の
複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbを算出する
処理ルーチンから制御が戻ると、ステップＥ７へ進む。

【００８７】また、ステップＥ１１では、前述の図１４
の符号化処理ルーチンへ制御を移す。ここでは、ｎ番目
のピクチャpic(n)をステップＣ４で符号化する際、量子
化マトリクス値にステップＥ５の量子化マトリクス更新
制御処理ルーチンで更新された値を使用する。符号化処
理ルーチンから制御が戻るとステップＥ１２へ進む。

【００８８】次に、上述のメイン処理ルーチンのステッ
プＥ５で呼び出される量子化マトリクス更新制御処理ル
ーチンを図３に示されるフローチャートを用いて説明す
る。同図に示されるように、量子化マトリクス更新制御
処理は、ステップＧ１〜Ｇ１０を備えている。

【００８９】ステップＧ１では、１つ前のピクチャ、す
なわち（ｎ−１）番目のピクチャpic(n-1)を符号化した
時の平均量子化パラメータＱ(n-1)を求める。この平均
量子化パラメータＱ(n-1)は、直前のピクチャを符号化
する時、図１４に示された符号化処理のステップＣ３で
計算された（ｎ−１）番目のピクチャpic(n-1)内の各マ
クロブロックMB(j)を符号化した時の量子化スケールｍ
ｑ(j)の平均値である。尚、このステップＧ１における
平均量子化パラメータＱ(n-1)の算出は、例えば、符号
化処理ルーチンで前もって算出しておくようにしても良
い。

【００９０】次いで、ステップＧ２では、ステップＧ１
で求めた平均量子化パラメータＱ(n-1)と平均量子化パ
ラメータの基準値mq_targetの差の絶対値をとり、この
値が所定の判定閾値ｔｈより大きいか否かを判定する。
このステップＧ２における判定は、所定の判定閾値ｔｈ
に基づいて所定の範囲を設定し、平均量子化パラメータ
Ｑ(n-1)と平均量子化パラメータの基準値mq_targetの差
が所定の範囲内にあるか否かを判定している。これによ
りｎ番目のピクチャpic(n)を量子化する際に使用する量
子化マトリクス[ＱＭ(n)]を更新するか否かの判定を行
っている。

【００９１】本実施例では、目標ビットレートが４Ｍbp
sから１５Ｍbpsの場合で、平均量子化パラメータの基準
値mq_targetは１６、判定閾値ｔｈは１０である。

【００９２】ステップＧ２における判定結果が、ＹＥＳ
の場合は、ステップＧ３へ進み、ＮＯの場合はステップ
Ｇ８へ進む。ステップＧ３では、補正係数Ｃを決定する
ために下記の式（２３）を満足するｋを求める。

【００９３】 ２^k≦｜Ｑ(n-1)−mq_target｜＜２^k+1 …式（２３） 続くステップＧ４でｋが１より大きか否かの判定を行
い、ｋ＞１に場合は、ステップＧ５へ進み、ｋ≦１の場
合は、ステップＧ８へ進む。このステップＧ４により、
さらに平均量子化パラメータＱ(n-1)と平均量子化パラ
メータの基準値mq_targetの差が所定の範囲外の場合は
量子化マトリクス値を更新しないように一定の基準を設
けている。ステップＧ５では、平均量子化パラメータＱ
(n-1)が基準値mq_targetより大きいか否かの判定を行
い、Ｑ(n-1)＞mq_targetの場合はステップＧ６へ進み、
Ｑ(n-1)≦mq_targetの場合はステップＧ７へ進む。

【００９４】ステップＧ６では、補正係数Ｃ＝ｋとし、
ステップＧ７では、補正係数Ｃ＝１／ｋ、ステップＧ８
では、補正係数Ｃ＝１．０とする。ステップＧ６〜Ｇ８
は何れも、ステップＧ９へ進み、下記の式（２４）によ
り量子化マトリクス[ＱＭ(n)]を補正する。

【００９５】 [ＱＭ(n)]＝[ＱＭ(n-1)]×Ｃ …式（２４） ここで、量子化マトリクス[ＱＭ(n)]は整数値で算出す
る。本実施例では、切り捨てにより整数化するが、特に
これに限定されるものではない。

【００９６】続くステップＧ１０では、量子化マトリク
ス[ＱＭ(n)]の各要素が０以下の場合は１に修正し、２
５６以上の場合は２５５に修正する。ステップＧ１０の
後、本処理ルーチンを終了して、メイン処理ルーチンへ
制御を戻す。

【００９７】次いで、上述のメイン処理ルーチンのステ
ップＥ６で呼び出される各ピクチャの複雑さを示すパラ
メータＸi、ＸpおよびＸbの算出処理ルーチンを図４に
示されるフローチャートを用いて説明する。同図に示さ
れるように、各ピクチャの複雑さを示すパラメータの算
出処理ルーチンは、ステップＨ１〜Ｈ１２を備えてい
る。ここで、ステップＨ１〜Ｈ４およびＨ５〜Ｈ９は、
図１３のステップＢ１〜Ｂ４およびＢ６〜Ｂ１０とそれ
ぞれ同じであるので、ここでは詳細な説明は省略する。
本実施例ではステップＨ１０〜Ｈ１２で行われる処理
は、従来のレート制御部２１で行われるが、これに限定
されるものではなく、量子化マトリクス制御部１１１で
行われてもよい。その場合は、量子化マトリクス制御部
１１１にレート制御部２１から各画面の複雑さを示すパ
ラメータＸi、ＸpおよびＸbが入力される。

【００９８】本処理ルーチンでは、ステップＨ６、Ｈ
８、Ｈ９からステップＨ１０へ進み、Ｉピクチャの複雑
さを示すパラメータＸiを補正係数Ｃで除算して更新す
る。続くステップＨ１１で、Ｐピクチャの複雑さを示す
パラメータＸpを補正係数Ｃで除算して更新する。続く
ステップＨ１２で、Ｂピクチャの複雑さを示すパラメー
タＸbを補正係数Ｃで除算して更新し、その後、本処理
ルーチンを終了してメイン処理ルーチンへ制御を戻す。

【００９９】図２乃至４および１３に示されたレート制
御処理の作用を図９に示されるような画面構成の入力画
像に対して行う場合について以下に説明する。

【０１００】図２のレート制御処理のステップＥ１で、
ピクチャ番号ｎが１に設定される。続く、ステップＥ２
で、Ｉピクチャの量子化スケールを基準としたＰおよび
Ｂピクチャの量子化スケールの比率がＫp＝１．０およ
びＫb＝１．４にそれぞれ設定される。また、図示され
ない記憶装置に格納されている量子化テーブルに保存さ
れている量子化マトリクス値が読み出されデフォルトの
量子化マトリクス［ＱＭ(0)］に設定される。

【０１０１】ステップＥ３で、ＧＯＰ内の未符号化のＰ
およびＢピクチャの枚数ＮｐおよびＮｂがそれぞれ求め
られる。ステップＥ４へ進み、ｎ＝１か否かの判定がな
され、ｎ＝１なので、ステップＥ６へ進み、図４に示さ
れる複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbを算出
する処理ルーチンへ制御が移される。ステップＨ１で、
ｎ＝１か否かの判定がなされ、ｎ＝１なので、ステップ
Ｈ２へ進む。ステップＨ２、Ｈ３およびＨ４で、Ｉ、Ｐ
およびＢピクチャの複雑さを示すパラメータＸi、Ｘpお
よびＸbにそれぞれ初期値が設定され、メイン処理ルー
チンへ制御が戻される。

【０１０２】図２のステップＥ７で、ＧＯＰ内のＩ、Ｐ
およびＢピクチャに対する割り当て符号量Ｔi、Ｔpおよ
びＴbがそれぞれ算出される。ステップＥ８で、ｎ＝１
か否かの判定がなされ、ｎ＝１なので、ステップＥ９へ
進む。ステップＥ９で、ＧＯＰ内の未符号化ピクチャに
対する割り当て符号量Ｒに上式（１１）で示される初期
値が設定される。ステップＥ１１へ進み、１番目ピクチ
ャpic(1)が図１４に示される符号化処理によって符号化
される。

【０１０３】図１４のステップＣ１で、マクロブロック
番号ｊに１が代入され、続くステップＣ２で、１番目の
Ｉピクチャpic(1)の１番目のマクロブロックMB(1)を符
号化する場合の仮想バッファ占有量ｄi(1)に式（１５）
の初期値ｄi(0)が設定される。

【０１０４】ステップＣ３で、１番目のマクロブロック
MB(1)に対する量子化スケールｍｑ(1)が式（１９）によ
り算出される。ステップＣ４で、１番目のマクロブロッ
クMB(1)が式（２０）〜（２２）を用いて符号化され
る。ここで、量子化マトリクス[ＱＭ(1)]には図示され
ない記憶装置に記憶されている量子化テーブルに基づい
てデフォルト値[ＱＭ(0)]が使用される。ステップＣ５
で、ｊがインクリメントされて２となり、ステップＣ６
の判定で、ｊがマクロブロック総数NMBより小さいの
で、ステップＣ２へ戻る。

【０１０５】ステップＣ２で、１番目のＩピクチャpic
(1)の２番目のマクロブロックMB(2)を符号化する場合の
仮想バッファ占有量ｄi(2)が式（１２）を用いて算出さ
れる。続くステップＣ３で、２番目のマクロブロックMB
(2)に対する量子化スケールｍｑ(2)が式（１９）により
算出される。ステップＣ４で、２番目のマクロブロック
MB(2)が式（２０）〜（２２）を用いて符号化される。
ここで、量子化マトリクス[ＱＭ(2)]は、先の図３の量
子化マトリクス更新制御処理ルーチンで更新された値で
ある。ステップＣ５で、ｊがインクリメントされて３と
なり、ステップＣ６の判定で、ｊがマクロブロック総数
NMBより小さいので、ステップＣ２へ戻る。ステップＣ
２〜Ｃ５の処理がｊがマクロブロック総数NMBになるま
で繰り返されて、１番目のＩピクチャpic(1)内の全ての
マクロブロックについて上記の処理が行われる。

【０１０６】ステップＣ６で、１番目のピクチャpic(1)
内の全てのマクロブロックの符号化が終了したと判定さ
れた時、メイン処理ルーチンへ戻り、図２のステップＥ
１２で、ｎがインクリメントされ２となる。ステップＥ
１３で、ｎがピクチャの総数ＮＰＩＣを超えていないこ
とが確認され、ステップＥ３へ戻る。

【０１０７】以上の処理で、１番目のピクチャpic(1)に
対する処理が終了する。次いで、２番目のＢピクチャpi
c(2)について処理が開始する。

【０１０８】ステップＥ３で、ＧＯＰ内の未符号化のＰ
およびＢピクチャの枚数ＮｐおよびＮｂがそれぞれ求め
られる。ステップＥ４へ進み、ｎ＝１か否かの判定がな
され、ｎ＝２なので、ステップＥ５へ進み、量子化マト
リクス更新制御処理ルーチンへ制御が移される。

【０１０９】図３のステップＧ１で、１番目のピクチャ
pic(1)を符号化した時の平均量子化パラメータＱ(1)が
求められる。次いで、ステップＧ２〜Ｇ５で、平均量子
化パラメータＱ(1)に基づいて補正係数Ｃを決定するた
めの判定がなされ、ステップＧ６〜Ｇ８の何れかによ
り、条件に合った補正係数Ｃが求められる。

【０１１０】次いでステップＧ９で、量子化マトリクス
[ＱＭ(1)]に補正係数Ｃを掛けて量子化マトリクス[ＱＭ
(2)]が求められる。さらにステップＧ１０で、量子化マ
トリクス[ＱＭ(2)]の各要素の値が１〜２５５に制限さ
れて、本処理ルーチンを終了して、メイン処理ルーチン
へ戻る。

【０１１１】図２のステップＥ６へ進み、図４に示され
る複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbを算出す
る処理ルーチンへ制御が移される。ステップＨ１で、ｎ
＝１か否かの判定がなされ、ｎ＝２なので、ステップＨ
５へ進む。ステップＨ５で、１番目のピクチャpic(1)が
Ｉピクチャか否かの判定がなされ、Ｉピクチャなので、
ステップＨ６へ進む。ステップＨ６で、画面の複雑さを
示すパラメータＸiが上式（１）により算出される。こ
こで、ＳiおよびＱiには、１番目のピクチャpic(1)を符
号化したときの発生符号量Ｓ(1)および平均量子化パラ
メータ値Ｑ(1)がそれぞれ使用される。

【０１１２】ステップＨ１０で、Ｉピクチャの複雑さを
示すパラメータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新され
る。ステップＨ１１へ進み、Ｐピクチャの複雑さを示す
パラメータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新され、さら
にステップＨ１２で、Ｂピクチャの複雑さを示すパラメ
ータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新され、その後、本
処理ルーチンを終了してメイン処理ルーチンへ戻る。

【０１１３】図２のステップＥ７で、ＧＯＰ内のＩ、Ｐ
およびＢピクチャに対する割り当て符号量Ｔi、Ｔpおよ
びＴbがそれぞれ算出される。ステップＥ８で、ｎ＝１
か否かの判定がなされ、ｎ＝２なので、ステップＥ１０
へ進む。ステップＥ１０で、ＧＯＰ内の未符号化ピクチ
ャに対する割り当て符号量Ｒが上式（１０）により更新
される。ここで、１番目のピクチャpic(1)の発生符号量
Ｓ(1)が使用される。

【０１１４】ステップＥ１１へ進み、２番目ピクチャpi
c(2)が図１４に示される符号化処理によって符号化され
る。符号化処理は１番目のピクチャpic(1)と同様である
ので省略する。符号化処理が終了した後、ステップＥ１
２で、ｎがインクリメントされ３となる。ステップＥ１
３で、ｎがピクチャの総数ＮＰＩＣを超えていないこと
が確認され、ステップＥ３へ戻る。

【０１１５】以上の処理で、２番目のピクチャpic(2)に
対する処理が終了する。次いで、３番目のＢピクチャpi
c(3)について処理が開始する。

【０１１６】ステップＥ３で、ＧＯＰ内の未符号化のＰ
およびＢピクチャの枚数ＮｐおよびＮｂがそれぞれ求め
られる。ステップＥ４へ進み、ｎ＝１か否かの判定がな
され、ｎ＝３なので、ステップＥ５へ進み、量子化マト
リクス更新制御処理ルーチンへ制御が移される。

【０１１７】図３のステップＧ１で、２番目のピクチャ
pic(2)を符号化した時の平均量子化パラメータＱ(2)が
求められる。次いで、ステップＧ２〜Ｇ５で、平均量子
化パラメータＱ(2)に基づいて補正係数Ｃを決定するた
めの判定がなされ、ステップＧ６〜Ｇ８の何れかによ
り、条件に合った補正係数Ｃが求められる。

【０１１８】次いでステップＧ９で、量子化マトリクス
[ＱＭ(2)]に補正係数Ｃを掛けて量子化マトリクス[ＱＭ
(3)]が求められる。さらにステップＧ１０で、量子化マ
トリクス[ＱＭ(3)]の各要素の値が１〜２５５に制限さ
れて、本処理ルーチンを終了して、メイン処理ルーチン
へ戻る。

【０１１９】図２のステップＥ６へ進み、図４に示され
る複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbを算出す
る処理ルーチンへ制御が移される。ステップＨ１で、ｎ
＝１か否かの判定がなされ、ｎ＝３なので、ステップＨ
５へ進む。ステップＨ５で、２番目のピクチャpic(2)が
Ｉピクチャか否かの判定がなされ、Ｂピクチャなので、
ステップＨ７へ進む。ステップＨ７で、さらに２番目の
ピクチャpic(2)がＰピクチャか否かの判定がなされる
が、Ｂピクチャなので、ステップＨ９へ進む。

【０１２０】ステップＨ９で、画面の複雑さを示すパラ
メータＸbが上式（３）により算出される。ここで、Ｓb
およびＱbには、２番目のピクチャpic(2)を符号化した
ときの発生符号量Ｓ(2)および平均量子化パラメータ値
Ｑ(2)がそれぞれ使用される。

【０１２１】次いでステップＨ１０で、Ｉピクチャの複
雑さを示すパラメータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新
される。ステップＨ１１へ進み、Ｐピクチャの複雑さを
示すパラメータＸbが補正係数Ｃに基づいて更新され。
ステップＨ１２へ進み、Ｂピクチャの複雑さを示すパラ
メータＸbが補正係数Ｃに基づいて更新され、本処理ル
ーチンを終了してメイン処理ルーチンへ戻る。

【０１２２】図２のステップＥ７で、ＧＯＰ内のＩ、Ｐ
およびＢピクチャに対する割り当て符号量Ｔi、Ｔpおよ
びＴbがそれぞれ算出される。ステップＥ８で、ｎ＝１
か否かの判定がなされ、ｎ＝３なので、ステップＥ１０
へ進む。ステップＥ１０で、ＧＯＰ内の未符号化ピクチ
ャに対する割り当て符号量Ｒが上式（１０）により更新
される。ここで、２番目のピクチャpic(2)の発生符号量
Ｓ(2)が使用される。

【０１２３】ステップＥ１１へ進み、３番目ピクチャpi
c(3)が図１４に示される符号化処理によって符号化され
る。符号化処理は１番目のピクチャpic(1)と同様である
ので省略する。符号化処理が終了した後、ステップＥ１
２で、ｎがインクリメントされ４となる。ステップＥ１
３で、ｎがピクチャの総数ＮＰＩＣを超えていないこと
が確認され、ステップＥ３へ戻る。

【０１２４】以上の処理で、３番目のピクチャpic(3)に
対する処理が終了する。次いで、４番目のＰピクチャpi
c(4)について処理が開始する。

【０１２５】ステップＥ３で、ＧＯＰ内の未符号化のＰ
およびＢピクチャの枚数ＮｐおよびＮｂがそれぞれ求め
られる。ステップＥ４へ進み、ｎ＝１か否かの判定がな
され、ｎ＝４なので、ステップＥ５へ進み、量子化マト
リクス更新制御処理ルーチンへ制御が移される。

【０１２６】図３のステップＧ１で、３番目のピクチャ
pic(3)を符号化した時の平均量子化パラメータＱ(3)が
求められる。次いで、ステップＧ２〜Ｇ５で、平均量子
化パラメータＱ(3)に基づいて補正係数Ｃを決定するた
めの判定がなされ、ステップＧ６〜Ｇ８の何れかによ
り、条件に合った補正係数Ｃが求められる。

【０１２７】次いでステップＧ９で、量子化マトリクス
[ＱＭ(3)]に補正係数Ｃを掛けて量子化マトリクス[ＱＭ
(4)]が求められる。さらにステップＧ１０で、量子化マ
トリクス[ＱＭ(4)]の各要素の値が１〜２５５に制限さ
れて、本処理ルーチンを終了して、メイン処理ルーチン
へ戻る。

【０１２８】図２のステップＥ６へ進み、図４に示され
る複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbを算出す
る処理ルーチンへ制御が移される。ステップＨ１で、ｎ
＝１か否かの判定がなされ、ｎ＝４なので、ステップＨ
５へ進む。ステップＨ５で、３番目のピクチャpic(3)が
Ｉピクチャか否かの判定がなされ、Ｂピクチャなので、
ステップＨ７へ進む。ステップＨ７で、さらに３番目の
ピクチャpic(3)がＰピクチャか否かの判定がなされる
が、Ｂピクチャなので、ステップＨ９へ進む。

【０１２９】ステップＨ９で、画面の複雑さを示すパラ
メータＸbが上式（３）により算出される。ここで、Ｓb
およびＱbには、３番目のピクチャpic(3)を符号化した
ときの発生符号量Ｓ(3)および平均量子化パラメータ値
Ｑ(3)がそれぞれ使用される。

【０１３０】次いでステップＨ１０で、Ｉピクチャの複
雑さを示すパラメータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新
される。ステップＨ１１へ進み、Ｐピクチャの複雑さを
示すパラメータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新され
る。ステップＨ１２へ進み、Ｂピクチャの複雑さを示す
パラメータＸbが補正係数Ｃに基づいて更新され、本処
理ルーチンを終了してメイン処理ルーチンへ戻る。

【０１３１】図２のステップＥ７で、ＧＯＰ内のＩ、Ｐ
およびＢピクチャに対する割り当て符号量Ｔi、Ｔpおよ
びＴbがそれぞれ算出される。ステップＥ８で、ｎ＝１
か否かの判定がなされ、ｎ＝４なので、ステップＥ１０
へ進む。ステップＥ１０で、ＧＯＰ内の未符号化ピクチ
ャに対する割り当て符号量Ｒが上式（１０）により更新
される。ここで、３番目のピクチャpic(3)の発生符号量
Ｓ(3)が使用される。

【０１３２】ステップＥ１１へ進み、４番目ピクチャpi
c(4)が図１４に示される符号化処理によって符号化され
る。符号化処理は１番目のピクチャpic(1)と同様である
ので省略する。符号化処理が終了した後、ステップＥ１
２で、ｎがインクリメントされ５となる。ステップＥ１
３で、ｎがピクチャの総数ＮＰＩＣを超えていないこと
が確認され、ステップＥ３へ戻る。

【０１３３】以上の処理で、４番目のピクチャpic(4)に
対する処理が終了する。次いで、５番目のＢピクチャpi
c(5)について処理が開始する。

【０１３４】ステップＥ３で、ＧＯＰ内の未符号化のＰ
およびＢピクチャの枚数ＮｐおよびＮｂがそれぞれ求め
られる。ステップＥ４へ進み、ｎ＝１か否かの判定がな
され、ｎ＝５なので、ステップＥ５へ進み、量子化マト
リクス更新制御処理ルーチンへ制御が移される。

【０１３５】図３ステップＧ１で、４番目のピクチャpi
c(4)を符号化した時の平均量子化パラメータＱ(4)が求
められる。次いで、ステップＧ２〜Ｇ５で、平均量子化
パラメータＱ(4)に基づいて補正係数Ｃを決定するため
の判定がなされ、ステップＧ６〜Ｇ８の何れかにより、
条件に合った補正係数Ｃが求められる。

【０１３６】次いでステップＧ９で、量子化マトリクス
[ＱＭ(4)]に補正係数Ｃを掛けて量子化マトリクス[ＱＭ
(5)]が求められる。さらにステップＧ１０で、量子化マ
トリクス[ＱＭ(5)]の各要素の値が１〜２５５に制限さ
れて、本処理ルーチンを終了して、メイン処理ルーチン
へ戻る。

【０１３７】図２のステップＥ６へ進み、図４に示され
る複雑さを示すパラメータＸi、ＸpおよびＸbを算出す
る処理ルーチンへ制御が移される。ステップＨ１で、ｎ
＝１か否かの判定がなされ、ｎ＝５なので、ステップＨ
５へ進む。ステップＨ５で、４番目のピクチャpic(4)が
Ｉピクチャか否かの判定がなされ、Ｐピクチャなので、
ステップＨ７へ進む。ステップＨ７で、さらに４番目の
ピクチャpic(4)がＰピクチャか否かの判定がなされ、Ｐ
ピクチャなので、ステップＨ８へ進む。

【０１３８】ステップＨ８で、画面の複雑さを示すパラ
メータＸpが上式（２）により算出される。ここで、Ｓp
およびＱpには、４番目のピクチャpic(4)を符号化した
ときの発生符号量Ｓ(4)および平均量子化パラメータ値
Ｑ(4)がそれぞれ使用される。

【０１３９】次いでステップＨ１０で、Ｉピクチャの複
雑さを示すパラメータＸiが補正係数Ｃに基づいて更新
される。ステップＨ１１へ進み、Ｐピクチャの複雑さを
示すパラメータＸpが補正係数Ｃに基づいて更新され
る。ステップＨ１２へ進み、Ｂピクチャの複雑さを示す
パラメータＸbが補正係数Ｃに基づいて更新され、本処
理ルーチンを終了してメイン処理ルーチンへ戻る。

【０１４０】図２のステップＥ７で、ＧＯＰ内のＩ、Ｐ
およびＢピクチャに対する割り当て符号量Ｔi、Ｔpおよ
びＴbがそれぞれ算出される。ステップＥ８で、ｎ＝１
か否かの判定がなされ、ｎ＝５なので、ステップＥ１０
へ進む。ステップＥ１０で、ＧＯＰ内の未符号化ピクチ
ャに対する割り当て符号量Ｒが上式（１０）により更新
される。ここで、４番目のピクチャpic(4)の発生符号量
Ｓ(4)が使用される。

【０１４１】ステップＥ１１へ進み、５番目ピクチャpi
c(5)が図１４に示される符号化処理によって符号化され
る。符号化処理は１番目のピクチャpic(1)と同様である
ので省略する。符号化処理が終了した後、ステップＥ１
２で、ｎがインクリメントされ６となる。ステップＥ１
３で、ｎがピクチャの総数ＮＰＩＣを超えていないこと
が確認され、ステップＥ３へ戻る。

【０１４２】以上の処理で、５番目のピクチャpic(5)に
対する処理が終了する。次いで、６番目のＢピクチャpi
c(6)について処理が開始する。このようにして、１ＧＯ
Ｐ内のすべてのピクチャについて処理が繰り返されてい
く。

【０１４３】このように本実施例の符号化器１１０によ
れば、順次入力画像を処理する際、量子化マトリクス値
をピクチャ毎に更新することによって、よりきめ細かな
レート制御が可能となる。

【０１４４】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法の
第２実施例として、図５および６に示されるトランスコ
ーダ１５１について説明する。

【０１４５】図５のトランスコーダ１５１は、図１６に
示された従来のトランスコーダ５１の構成に、量子化マ
トリクス制御部１５３を追加した構成となっている。ト
ランスコーダ１５１と同じ構成要素は同じ参照符号を付
して詳細な説明は省略する。

【０１４６】量子化マトリクス制御部１５３は、レート
制御部８９に接続され、レート制御部８９から各マクロ
ブロックMB(j)毎に量子化スケールｍｑ(j)を入力すると
ともに、量子化マトリクス制御部１５３から量子化マト
リクス値更新用の補正係数Ｃをレート制御８９に出力す
る。また量子化マトリクス制御部１５３は、図示されな
い記憶装置に接続され、記憶装置に格納されている初期
値の量子化テーブルに保存されている量子化マトリクス
[ＱＭ(0)]を読み込む。さらに、量子化マトリクス制御
部１５３は、前記量子化スケールｍｑ(j)に基づいて１
つ前のピクチャpic(n-1)の平均量子化パラメータＱ(n-
1)を算出するとともに、平均量子化パラメータＱ(n-1)
に基づいて量子化マトリクス[ＱＭ(n)]をピクチャ毎に
補正するものである。さらに、量子化マトリクス制御部
１５３は、量子化器６９およびＶＬＣ／多重化器９１に
接続され、補正した量子化マトリクス値[ＱＭ(n)]を出
力する。

【０１４７】別の態様においては、平均量子化パラメー
タＱは、レート制御部８９で算出されてから量子化マト
リクス制御部１５３に出力されてもよい。

【０１４８】上記のレート制御部８９、量子化マトリク
ス制御部１５３、量子化器６９および多重化／ＶＬＣ９
１により行われる符号化量制御処理について、図６のフ
ローチャートを用いて以下に説明する。

【０１４９】図６は、レート制御部８９におけるレート
制御のメイン処理ルーチンの流れを示すフローチャート
であり、ステップＪ１〜Ｊ１４からなる。ステップＪ４
以外のステップＪ１〜Ｊ３およびＪ５〜Ｊ１４は、それ
ぞれ図２の符号化器１１０のレート制御処理のステップ
Ｅ１〜Ｅ３およびＥ４〜Ｅ１３と同じであるので、ここ
では詳細な説明は省略する。図６によれば、ステップＪ
４では、ｎ番目のピクチャpic(n)を空間領域まで復号す
る。すなわち、図２の符号化器１１０のレート制御処理
にピクチャの復号処理が追加された構成になっている。

【０１５０】また、ステップＪ６、Ｊ７およびＪ１２で
呼び出される処理ルーチンも、それぞれ図３、図４およ
び図１４に図示された処理ルーチンと同じであるので、
ここでは詳細な説明は省略する。

【０１５１】このように構成されたトランスコーダ１５
１によれば、上述の符号化器１１０と同様に、所定のビ
ットレートを有する入力ビットストリームを所定の目標
ビットレートに変換するために、一旦入力ビットストリ
ームを復号し、再度符号化する際に、量子化マトリクス
値をピクチャ毎に更新することによって、よりきめ細か
なレート制御が可能となる。

【０１５２】本発明の動画像圧縮符号化制御方法におけ
る量子化マトリクス更新を含むレート制御をＭＰＥＧ２
のテストシーケンス Ｂｕｓ １５０フレームで行った
結果を以下に示す。

【０１５３】ここで、フレーム構造は、７０４画素×４
８０ライン、４：２：０フォーマットであり、ＧＯＰ構
造は、１ＧＯＰ内のピクチャ総数Ｎ＝１５、ＩおよびＰ
ピクチャの周期Ｍ＝３であり、レート制御はＴＭ５のス
テップＳ１およびＳ２のみ行った。また、本願の量子化
マトリクス更新制御では、平均量子化パラメータの基準
値mq_target＝１６、判定閾値ｔｈ＝１０とした。これ
らの条件下で、８〜１５Ｍbpsのビットレートについて
従来のレート制御と本願のマトリクス更新制御を含むレ
ート制御を行った場合の画質を示すＳＮ比を算出した。

【０１５４】

【表１】

【０１５５】ＳＮ比は、原画像に対して符号化後の画像
がどの程度の画質を有しているかを示す指標であり、次
式（２５）によって算出される。

【０１５６】 ＳＮ比＝１０×log₁₀（２５５×２５５／ＥＲＲ） …式（２５） ここで、ＥＲＲは、１フレーム内の各画素の絶対値誤差
の二乗和を１フレーム内の画素数で除算したものであ
る。ＳＮ比が大きくなる程、画質の良い画像となる。上
記の表１から分かるように、本願のレート制御の方が従
来の制御に比べてＳＮ比が大きくなっている。従って、
本願のレート制御の方が従来の制御に比べて、画質が向
上し、符号化効率が約２％以上向上していることが分か
る。

【０１５７】次に、本発明の動画像圧縮符号化制御方法
おいて、量子化マトリクス更新制御を含むレート制御を
行った場合の仮想バッファ占有量をシミュレーションし
た結果について述べる。ここで、符号化対象画像は、Ｍ
ＰＥＧ２のテストシーケンスＢｕｓ １５０フレームを
使用した。フレーム構造は、７０４画素×４８０ライ
ン、４：２：０フォーマットであり、ＧＯＰ構造は、Ｎ
＝１５、Ｍ＝３である。レート制御はＴＭ５のステップ
Ｓ１およびＳ２のみ行った。目標ビットレートは４Ｍbp
sのビットレートとした。また、量子化マトリクス値
は、初期値としてＴＭ５のデフォルト値を予め１／３倍
した値を使用した。従来のレート制御処理では、１／３
倍した値を常に用いてレート制御を行い、本願のレート
制御処理では、その後、量子化マトリクス値の更新制御
を行っている。量子化マトリクス値を１／３倍にする理
由は、意図的に不適切な量子化マトリクスを用いること
により、仮想バッファが破綻する状況を作り出すためで
ある。本願の量子化マトリクス更新制御では、平均量子
化パラメータの基準値mq_target＝１６、判定閾値ｔｈ
＝１０とした。

【０１５８】このような条件下でシミュレーションを行
った結果、得られた仮想バッファの占有量を図７に示
す。本願の量子化マトリクス制御処理を含むレート制御
方法における仮想バッファ占有量は、図中実線ａで示さ
れ、従来のレート制御における仮想バッファ占有量は、
図中点線ｂで示される。また、参考にＭＰＥＧ２のメイ
ンプロファイルのメインレベル（ＭＰ＠ＭＬと示され
る）準拠の仮想バッファ占有量の上限値を１点破線ｃで
示してある。図７において、仮想バッファ占有量が周期
的に大きく減少している個所は、Ｉピクチャが符号化さ
れて出力されたところである。

【０１５９】図７から分かるように、４Ｍbpsという低
い目標ビットレートを設定して符号化を行った場合、従
来のレート制御方法では、点線ｂで示されるように仮想
バッファ占有量は急激に減少し続け、３０フレームを符
号化し終わる前に仮想バッファ占有量が０になってしま
う。一方、本願の量子化マトリクス制御処理を含むレー
ト制御方法では、実線ａで示されるように仮想バッファ
が破綻することなく、略一定の値を保つように制御を行
うことができ、仮想バッファの破綻を防止できることが
分かる。

【０１６０】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法の
第３実施例として、図１または図５に示された第１また
は第２実施例の量子化マトリクス制御部で行われる図３
に示された量子化マトリクス更新制御処理とは別の量子
化マトリクス更新制御処理について、図８のフローチャ
ートを用いて説明する。図８の量子化マトリクス更新制
御処理は、図１に示された第１実施例の符号化器１１０
のレート制御部２１で実行される図２に示されたレート
制御のメイン処理ルーチンのステップＥ５、あるいは図
５に示された第２実施例のトランスコーダ１５１のレー
ト制御部８９で実行される図６に示されたレート制御の
メイン処理ルーチンのステップＪ６から呼び出される。
図８に示されるように、量子化マトリクス更新制御処理
は、ステップＫ１〜Ｋ１０を備えている。

【０１６１】ステップＫ１では、１つ前のピクチャ、す
なわち（ｎ−１）番目のピクチャpic(n-1)を符号化した
時の平均量子化パラメータＱ(n-1)を求める。次いで、
ステップＫ２では、ステップＫ１で求めた平均量子化パ
ラメータＱ(n-1)が次式（２６）の条件を満たすか否か
の判定を行う。

【０１６２】 Ｑ(n-1)＋α＞３１ …式（２６） ここで、αは量子化マトリクス値更新条件を決定するた
めの所定の判定用パラメータであり、例えば、（ｎ−
１）番目のピクチャpic(n-1)の分散値σ²(n-1)あるいは
３σ(n-1)などである。

【０１６３】ステップＫ２で判定結果がＹＥＳの場合
は、ステップＫ３へ進み、ＮＯの場合は、ステップＫ４
へ進む。ステップＫ３では、ステップＫ１で求めた平均
量子化パラメータＱ(n-1)が次式（２７）の条件を満た
すか否かの判定を行う。

【０１６４】 Ｑ(n-1)−α＜１ …式（２７） ステップＫ３で判定結果がＹＥＳの場合は、本処理ルー
チンを終了してメイン処理ルーチンへ制御を戻し、ＮＯ
の場合は、ステップＫ５へ進み、補正係数Ｃに２を設定
しステップＫ６へ進む。一方、ステップＫ４でも、ステ
ップＫ１で求めた平均量子化パラメータＱ(n-1)が上式
（２７）の条件を満たすか否かの判定を行う。

【０１６５】ステップＫ４で判定結果がＮＯの場合は、
本処理ルーチンを終了してメイン処理ルーチンへ制御を
戻し、ＹＥＳの場合は、ステップＫ７へ進み、補正係数
Ｃに１／２を設定し、ステップＫ６へ進む。上記のステ
ップＫ５およびＫ７の補正係数Ｃには、それぞれ２およ
び１／２を設定しているが、これに限定されるものでは
なく、Ｃ＝ｋおよび１／ｋ（ｋ＞１）の関係が成り立て
ばよい。

【０１６６】上述のステップＫ２、Ｋ３およびＫ４の判
定は、平均量子化パラメータＱ(n-1)の値が、１〜３１
の範囲内にどのように分布しているかを調べるためのも
のである。ステップＫ２およびＫ３の条件を満たす場合
は、平均量子化パラメータＱ(n-1)の値が、１〜３１の
範囲を越える広い範囲（所定の判定用パラメータαの２
倍の幅）に亘って分布していることを意味する。従っ
て、この場合、更新処理はバイパスする。ステップＫ２
の条件を満たし、ステップＫ３の条件を満たさない場合
は、量子化パラメータの分布が、３１よりも大きい範囲
にまで及んでいることを意味し、補正係数Ｃ＝２を量子
化マトリクス[ＱＭ(n)]に乗算して更新し、かつ平均量
子化パラメータＱ(n-1)の値を補正計数Ｃ＝２で丸め付
きわり算で更新する。ステップＫ２の条件を満たさず、
ステップＫ４の条件を満たす場合は、量子化パラメータ
の分布が、１未満の範囲にまで及んでいることを意味
し、補正係数Ｃ＝１／２を量子化マトリクス[ＱＭ(n)]
に乗算して更新し、かつ平均量子化パラメータＱ(n-1)
の値を補正計数Ｃ＝１／２で丸め付きわり算で更新す
る。さらにステップＫ２およびＫ３の何れの条件も満た
さない場合は、平均量子化パラメータＱ(n-1)の値が、
１〜３１の範囲内であることを意味する。従って、この
場合、更新処理は不要でありバイパスする。

【０１６７】ステップＫ６では、下記の式（２８）によ
り量子化マトリクス[ＱＭ(n)]を補正する。

【０１６８】 [ＱＭ(n)]＝[ＱＭ(n-1)]×Ｃ …式（２８） ここで、量子化マトリクス[ＱＭ(n)]は整数値で算出す
る。本実施例では、四捨五入して整数化するが、特にこ
れに限定されるものではない。

【０１６９】続くステップＫ８では、量子化マトリクス
[ＱＭ(n)]の各要素が０以下の場合は１に修正し、２５
６以上の場合は２５５に修正する。次いで、ステップＫ
９で、ステップＫ１で求めた平均量子化パラメータＱ(n
-1)を下記の式（２９）により更新する。

【０１７０】 Ｑ(n-1)＝Ｑ(n-1)//Ｃ …式（２９） ここで、演算記号//は、丸め付きわり算を意味し、平均
量子化パラメータＱ(n-1)は整数値となる。続くステッ
プＫ１０で、（ｎ−１）番目のピクチャと異なるピクチ
ャタイプのピクチャの仮想バッファ占有量の初期値を下
記の式（３０）により更新する。例えば、（ｎ−１）番
目のピクチャがＩピクチャの場合は、ＰおよびＢピクチ
ャの仮想バッファ占有量の初期値ｄp(0)およびｄb(0)が
更新される。

【０１７１】 ｄi,p,b(0)＝ｄi,p,b(0)//Ｃ …式（３０） ここで更新された仮想バッファ占有量の初期値は、図１
４に示された符号化処理ルーチンのステップＣ２でｊ番
目のマクロブロックMB(j)を符号化する際に、仮想バッ
ファ占有量ｄi,p,b(j)を算出するのに使用される。ステ
ップＫ１０で、本処理ルーチンを終了して、メイン処理
ルーチンへ制御が戻される。

【０１７２】このように構成された本実施例の動画像圧
縮符号化制御方法によれば、第１及び第２実施例と同様
に、量子化マトリクス値をピクチャ毎に更新することに
よって、仮想バッファが破綻することなく、より目標ビ
ットレートに近い発生符号量の実現が可能となる。

【０１７３】

【発明の効果】本発明によれば、レート制御処理におい
て、量子化マトリクス値の調整を行うことにより、より
目標ビットレートに近い発生符号量を実現可能な動画像
圧縮符号化制御方法および動画像圧縮符号化装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法の第１
実施例として動画像圧縮符号化装置における符号化器の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示された符号化器のレート制御部におけ
るメイン処理の流れを示すフローチャートである。

【図３】図２に示されたレート制御処理の量子化マトリ
クス更新制御処理の詳細を示すフローチャートである。

【図４】図２に示されたレート制御処理の画面の複雑さ
を示すパラメータの算出処理の詳細を示すフローチャー
トである。

【図５】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法の第２
実施例として動画像圧縮符号化装置におけるトランスコ
ーダの構成を示すブロック図である。

【図６】図５に示されたトランスコーダのレート制御部
におけるメイン処理の流れを示すフローチャートであ
る。

【図７】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法によっ
て量子化マトリクスを更新処理してレート制御を行った
場合の仮想バッファ占有量を示したグラフである。

【図８】本発明に係る動画像圧縮符号化制御方法の第３
実施例として、量子化マトリクス制御部で行われる量子
化マトリクス更新制御処理の詳細を示すフローチャート
である。

【図９】ＭＰＥＧ２の画面構成を説明するための図であ
る。

【図１０】従来の符号化器の構成を示すブロック図であ
る。

【図１１】ＭＰＥＧ２のＴＭ５におけるレート制御の処
理の流れを示すフローチャートである。

【図１２】図１０に示された従来の符号化器のレート制
御部におけるメイン処理の流れを示すフローチャートで
ある。

【図１３】図１２に示されたレート制御処理の画面の複
雑さを示すパラメータの算出処理の詳細を示すフローチ
ャートである。

【図１４】図１２に示されたレート制御処理の符号化処
理の詳細を示すフローチャートである。

【図１５】動画像圧縮符号化装置の一構成例を示すブロ
ック図である。

【図１６】従来のトランスコーダの構成を示すブロック
図である。

【図１７】図１６に示された従来のトランスコーダのレ
ート制御部におけるメイン処理ルーチンの流れを示すフ
ローチャートである。

【図１８】図１０に示された従来の符号化器における、
発生符号量を示すグラフである。

【符号の説明】

２１、８９ レート制御部（量子化スケール補正手段） １１０ 符号化器 １１１、１５３ 量子化マトリクス制御部（量子化マト
リクス更新手段） １５１ トランスコーダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高屋 和幸 東京都新宿区西早稲田一丁目３番10号 早 稲田大学国際情報通信研究センター内 (72)発明者 笠井 裕之 東京都新宿区西早稲田一丁目３番10号 早 稲田大学国際情報通信研究センター内 (72)発明者 西村 敏 東京都新宿区西早稲田一丁目３番10号 早 稲田大学国際情報通信研究センター内 (72)発明者 亀山 渉 東京都新宿区西早稲田一丁目３番10号 早 稲田大学国際情報通信研究センター内 (72)発明者 富永 英義 東京都新宿区西早稲田一丁目３番10号 早 稲田大学国際情報通信研究センター内 Ｆターム(参考） 5C059 MA00 MA23 MC14 PP04 TA47 TB04 UA02 5C078 BA57 CA00 DA01 DA11 DB07 5J064 AA01 BA09 BA13 BA16 BC01 BC08 BC09 BC16 BC21 BD02 9A001 EE02 EE05 HH27 HH30

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】（ａ）一連の複数の画面から構成される入
   力画像の各画面を複数の領域に分割するステップと、
   （ｂ）複数の量子化マトリクス値を有する量子化テーブ
   ルと量子化スケールを準備するステップと、（ｃ）該ス
   テップ（ａ）で分割された領域毎に、入力画像を直交変
   換して直交変換係数を生成するステップと、（ｄ）前記
   量子化スケールと前記量子化テーブルに基づいて前記ス
   テップ（ｃ）で生成された直交変換係数を量子化して量
   子化係数を生成するステップと、（ｅ）該ステップ
   （ｄ）で生成された量子化係数を可変長符号化するステ
   ップと、（ｆ）前記ステップ（ｅ）で符号化された各画
   面の発生符号量に基づいて、前記領域毎に、前記量子化
   スケールを補正するステップと、を備えた前記発生符号
   量を制御する動画像圧縮符号化制御方法において、
   （ｇ）前記各画面毎に、前記量子化テーブルの量子化マ
   トリクス値を更新するステップを備えたことを特徴とす
   る動画像圧縮符号化制御方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の動画像圧縮符号化制御方
   法において、 前記ステップ（ｇ）が、前記量子化マトリクス値に補正
   係数を乗算して補正することを特徴とする動画像圧縮符
   号化制御方法。
3. 【請求項３】請求項２に記載の動画像圧縮符号化制御方
   法において、 前記ステップ（ｇ）が、（ｇ１）前記（ｎ−１）番目の
   画面に含まれる全領域の量子化スケールを平均するステ
   ップと、（ｇ２）該ステップ（ｇ１）で算出された平均
   量子化スケールに基づいて、前記量子化マトリクス値を
   補正するか否かを判定するステップと、（ｇ３）該ステ
   ップ（ｇ２）で補正をすると判定された場合に前記平均
   量子化スケールに基づいて、補正係数を算出するステッ
   プと、（ｇ４）該ステップ（ｇ３）で算出された補正係
   数を前記量子化マトリクス値に乗算するステップと、を
   有することを特徴とする動画像圧縮符号化制御方法。
4. 【請求項４】請求項３に記載の動画像圧縮符号化制御方
   法において、 前記入力画像の複数の画面が、 １枚の画面を静止画として符号化されるＩピクチャと、 前記一連の画面の時間方向において、順方向に予測して
   符号化されるＰピクチャと、 前記一連の画面の時間方向において、双方向に予測して
   符号化されるＢピクチャと、からなるとともに、独立し
   て復号可能な複数のグループを形成し、 前記各グループ内のｍ番目の画面を符号化する際、 各ピクチャタイプ毎に（ｍ−１）番目までの画面の前記
   平均量子化スケールと前記（ｍ−１）番目の画面の発生
   符号量に基づいて、各ピクチャタイプ毎に画面の複雑さ
   を算出するステップと、 各ピクチャタイプ毎に該算出された複雑さに基づいて前
   記グループ内の割り当て符号量を算出するステップと、 該割り当て符号量に基づいて前記グループ内の未符号化
   の画面に対して割り当てられるビット量を更新するステ
   ップと、 前記補正係数に基づいて前記各画面の複雑さを補正する
   ステップと、を備えたことを特徴とする動画像圧縮符号
   化制御方法。
5. 【請求項５】一連の複数の画面から構成される入力画像
   の各画面を複数の領域に分割する分割手段と、 複数の量子化マトリクス値を有する量子化テーブルと量
   子化スケールを記憶する記憶装置と、 前記分割手段で分割された領域毎に、入力画像を直交変
   換して直交変換係数を生成する直交変換手段と、 前記量子化スケールと前記量子化テーブルに基づいて前
   記直交変換手段で生成された直交変換係数を量子化して
   量子化係数を生成する量子化手段と、 該量子化手段で生成された量子化係数を可変長符号化す
   る可変長符号化手段と、 前記可変長符号化手段で符号化された各画面の発生符号
   量に基づいて、前記領域毎に、前記量子化スケールを補
   正する手段と、を備えた前記発生符号量を制御する動画
   像圧縮符号化装置において、 前記各画面毎に、前記量子化テーブルの量子化マトリク
   ス値を更新する量子化マトリクス更新手段を備えたこと
   を特徴とする動画像圧縮符号化装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載の動画像圧縮符号化装置に
   おいて、 前記量子化マトリクス更新手段が、前記量子化マトリク
   ス値に補正係数を乗算して補正することを特徴とする動
   画像圧縮符号化装置。
7. 【請求項７】請求項６に記載の動画像圧縮符号化装置に
   おいて、 前記量子化マトリクス更新手段が、 前記（ｎ−１）番目の画面に含まれる全領域の量子化ス
   ケールを平均する量子化スケール平均部と、 該量子化スケール平均部で算出された平均量子化スケー
   ルに基づいて、前記量子化マトリクス値を補正するか否
   かを判定する判定部と、 該判定部で補正をすると判定された場合に前記平均量子
   化スケールに基づいて、補正係数を算出する補正係数算
   出部と、 該補正係数算出部で算出された補正係数を前記量子化マ
   トリクス値に乗算する量子化マトリクス補正部と、を有
   することを特徴とする動画像圧縮符号化装置。
8. 【請求項８】請求項７に記載の動画像圧縮符号化装置に
   おいて、 前記入力画像の複数の画面が、 １枚の画面を静止画として符号化されるＩピクチャと、 前記一連の画面の時間方向において、順方向に予測して
   符号化されるＰピクチャと、 前記一連の画面の時間方向において、双方向に予測して
   符号化されるＢピクチャと、からなるとともに、独立し
   て復号可能な複数のグループを形成し、 前記各グループ内のｍ番目の画面を符号化する際、 各ピクチャタイプ毎に、（ｍ−１）番目までの画面の前
   記平均量子化スケールと前記（ｍ−１）番目の画面の発
   生符号量に基づいて、各ピクチャタイプ毎に画面の複雑
   さを算出する手段と、 各ピクチャタイプ毎に該算出された複雑さに基づいて前
   記グループ内の割り当て符号量を算出する手段と、 該割り当て符号量に基づいて前記グループ内の未符号化
   の画面に対して割り当てられるビット量を更新する手段
   と、 前記補正係数に基づいて前記各画面の複雑さを補正する
   手段と、を備えたことを特徴とする動画像圧縮符号化装
   置。