JP2001145102A - 動画像圧縮符号化信号変換方法、装置および変換プログラムを記録した媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トランスコーダ内再量子化処理における削減
符号量と発生歪みを考慮することにより、入力ビットス
トリーム中より得られる量子化パラメータの大きさに応
じて削減符号量を制御し、再量子化にともない発生する
歪みを最小化するトランスコーダ符号量制御方式を実現
する。 【解決手段】 入力量子化パラメータ値ごとに、目標削
減符号量となる平均削減符号量を算出する目標削減符号
量算出器１１３と、当該領域の入力量子化パラメータ値
の平均削減符号量と、当該領域の直交変換係数領域デー
タの符号量と、に基づいて目標符号量を算出する目標符
号量算出器１１５と、目標符号量算出器１１５で算出さ
れた目標符号量に基づいて、量子化パラメータを設定す
る量子化スケールコード算出器１１７と、を備えること
により、トランスコーダ内再量子化処理における発生歪
みを最小化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動画像圧縮符号化
信号変換方法、装置および変換プログラムを記録した媒
体に関し、特に、入力ビットストリーム中より得られる
量子化パラメータの大きさに応じて削減符号量を制御
し、再量子化にともない発生する歪みを最小化する動画
像圧縮符号化信号変換方法、装置および変換プログラム
を記録した媒体に関する。

【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。このようにして生成されたＭＰＥＧ２の
規格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、通信やテレビジョン放
送など幅広い分野で使用されている。

【０００３】ＭＰＥＧ２ビットストリームは階層構造を
有し、最上位のシーケンス層からＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ
ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）層、ピクチャ層、スライス
層、マクロブロック層およびブロック層の順の各層から
なる。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】符号化器で符号化されたＭＰＥＧ２ビット
ストリームは、所定の転送速度で伝送路に送出され、該
伝送路上の復号器に入力されて復号され再生される。し
かしながら、動画像を符号化して発生する情報量は一定
ではない。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、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。

【０００８】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。

【０００９】ＭＰＥＧ２のＴＭ５のレート制御では、ス
テップ１で、まずピクチャタイプ毎にＧＯＰ内の未符号
化ピクチャに対する割り当て符号量Ｒに基づいてビット
配分する。ステップ２で、マクロブロック単位に符号化
処理をする際に使用する量子化スケールを、ビット配分
に基づいて算出した仮想バッファ占有量から算出する。

【００１０】また、ＭＰＥＧ２以外の圧縮フォーマット
を有する復号器や、異なる転送速度の伝送路に接続され
た復号器も多数存在するため、異なる圧縮フォーマット
や異なる転送速度にＭＰＥＧ２ビットストリームを変換
する動画像圧縮符号化信号変換装置が必要となる。これ
を実現するための装置が所謂トランスコーダである。符
号化器から伝送された画像圧縮符号化信号は、トランス
コーダで適切な信号に変換され、各復号器に信号が供給
される。

【００１１】図１０に一般的な従来のトランスコーダ５
０の第１例を示す。従来のトランスコーダ５０は、第１
ビットレートを有する第１伝送路（図示なし）に接続さ
れ、第１ＭＰＥＧ２ビットストリームｂ１を入力する可
変長復号部（分離／ＶＬＤと示される）５１と、逆量子
化器５３と、量子化器５５と、第２ビットレートを有す
る第２伝送路（図示なし）に接続され、第２ＭＰＥＧ２
ビットストリームｂ２を出力するＶＬＣ５７と、量子化
器５５で発生する符号量を制御するレート制御部５９
と、を備えている。第２ビットレートは第１ビットレー
トより低い転送速度である。

【００１２】ＶＬＤ５１および逆量子化器５３によっ
て、第１ＭＰＥＧ２ビットストリームｂ１をマクロブロ
ック単位にＤＣＴ係数領域まで復号し、量子化器５５お
よびＶＬＣ５７によって、得られたＤＣＴ係数信号を符
号化して、第１ＭＰＥＧ２ビットストリームより少ない
符号量を有する第２ＭＰＥＧ２ビットストリームｂ２を
生成するものである。

【００１３】量子化器５５における量子化処理では、Ｄ
ＣＴ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。

【００１４】トランスコーダ５０では、第１ＭＰＥＧ２
ビットストリームｂ１内のシーケンス層、ＧＯＰ層、ピ
クチャ層、スライス層およびマクロブロック層の符号化
情報を殆ど再利用する。基本的にブロック層のＤＣＴ係
数の変換およびブロック層の変換に伴い修正が必要なマ
クロブロック層の符号の変換の処理のみが行われる。

【００１５】このように構成されたトランスコーダ５０
において、レート制御部５９はＭＰＥＧ２のＴＭ５に記
載されているレート制御を行う。図１１に従来のトラン
スコーダ５０のレート制御処理のフローチャートを示
す。同図に示されるように、従来のレート制御処理はス
テップＡ１〜Ａ１４からなる。

【００１６】ステップＡ１で、変数ｎを１に設定する。
ここで、変数ｎは、入力画像信号に含まれる複数のピク
チャに付けられた番号を示し、以後、ｎ番目のピクチャ
をpic(n)と示す。

【００１７】続くステップＡ２で、Ｉ、ＰおよびＢピク
チャの複雑さを示す指標Ｘi、ＸpおよびＸbを下記の式
（１）、（２）および（３）により算出する。

【００１８】 Ｘi＝Ｓi×Ｑi …式（１）

【００１９】 Ｘp＝Ｓp×Ｑp …式（２）

【００２０】 Ｘb＝Ｓb×Ｑb …式（３）

【００２１】ここで、Ｓi、ＳpおよびＳbはそれぞれ
Ｉ、ＰおよびＢピクチャの発生符号量であり、Ｑi、Ｑp
およびＱbは、それぞれＩ、ＰおよびＢピクチャ内の全
マクロブロックの量子化スケールコードの平均値である
平均量子化パラメータである。ただし、平均量子化パラ
メータは１〜３１の範囲に正規化されている。

【００２２】この画面の複雑さ指標Ｘi、ＸpおよびＸb
は、符号化情報量が多く発生するような画像、すなわち
低い圧縮率の画像に対して大きくなり、逆に高い圧縮率
の画像に対しては小さくなる。

【００２３】また、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。

【００２４】 Ｘi＝１６０×target_Bitrate／１１５ …式（４）

【００２５】 Ｘp＝６０×target_Bitrate／１１５ …式（５）

【００２６】 Ｘb＝４２×target_Bitrate／１１５ …式（６）

【００２７】ここで、target_Bitrateは、トランスコー
ダ５０の目標ビットレートである。

【００２８】続くステップＡ３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を、次式（７）、（８）および（９）によりそれぞ
れ算出する。ただし、ＮｐおよびＮｂは、それぞれＧＯ
Ｐ内の未符号化のＰおよびＢピクチャの数を示す。

【数１】 ここで、ＫｐおよびＫｂは、Ｉピクチャの量子化スケー
ルコードを基準としたＰおよびＢピクチャの量子化スケ
ールコードの比率を示し、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仮定
する。

【００２９】続くステップＡ４で、変数ｎが１か否かの
判定がなされる。すなわち、符号化対象のピクチャが１
番目のピクチャpic(1)か否かの判定がなされる。１番目
のピクチャの場合、ステップＡ５へ進み、１番目のピク
チャでない場合はステップＡ６へ進む。ステップＡ５で
は、次式（１０）によりＧＯＰ内の一番初めのピクチャ
pic(1)を符号化する時のＧＯＰ内の未符号化ピクチャに
対する割り当て符号量Ｒを求める。

【００３０】 Ｒ＝target_Bitrate×Ｎ／picture_rate＋Ｒ …式（１０）

【００３１】ここで、ＮはＧＯＰ内のピクチャの総数、
picture_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。

【００３２】ステップＡ６では、ＧＯＰ内の未符号化ピ
クチャに対する割り当て符号量Ｒを（ｎ−１）番目のピ
クチャpic(n-1)が符号化された時のＩ、ＰおよびＢピク
チャの発生符号量Ｓi、ＳpまたはＳbに基づいて、次式
（１１）、（１２）および（１３）の何れかにより更新
する。

【００３３】 Ｒ＝Ｒ−Ｓi …式（１１）

【００３４】 Ｒ＝Ｒ−Ｓp …式（１２）

【００３５】 Ｒ＝Ｒ−Ｓb …式（１３）

【００３６】ステップＡ５およびＡ６はともにステップ
Ａ７へ進み、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、以後、ｊ番目のマクロブロックをMB(j)と
示す。

【００３７】続くステップＡ８で、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
の仮想バッファの占有量ｄi(j)、ｄp(j)およびｄb(j)が
次式（１４）、（１５）および（１６）によりそれぞれ
算出される。

【数２】 ここで、Ｂ(j-1)は、（ｊ−１）番目のマクロブロックM
B(j-1)までの全マクロブロックの発生符号量である。

【００３８】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（１７）、（１８）および（１９）
でそれぞれ与えられる。

【００３９】 ｄi(0)＝１０×ｒ／３１ …式（１７）

【００４０】 ｄp(0)＝Ｋp×ｄi(0) …式（１８）

【００４１】 ｄb(0)＝Ｋb×ｄi(0) …式（１９）

【００４２】ここで、ｒはリアクションパラメータと呼
ばれ、下記の式（２０）で示され、フィードバックルー
プの応答速度を制御する。

【００４３】 ｒ＝２×target_Bitrate／picture_rate …式（２０）

【００４４】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)、ｄp(0)およびｄb(0)として用いられる。

【００４５】続くステップＡ９で、上記の仮想バッファ
の占有量ｄ(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コードＱ(j)
を次式（２１）により求める。

【００４６】 Ｑ(j)＝ｄ(j)×３１／ｒ …式（２１）

【００４７】続くステップＡ１０で、ステップＡ９で算
出された量子化スケールコードＱ(j)を使用してｊ番目
のマクロブロックMB(j)を量子化する。続くステップＡ
１１で、変数ｊをインクリメントして、ステップＡ１２
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ＮＭＢを超えていない場合
は、ステップＡ８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、ステップＡ１３へ進む。

【００４８】このようにして、変数ｊは、ステップＡ８
〜Ａ１１の符号化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pi
c(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。

【００４９】ステップＡ１３で、変数ｎをインクリメン
トして、ステップＡ１４へ進み、変数ｎが符号化対象の
ピクチャ総数ＮＰＩＣを超えているか否かの判定をす
る。ここで、変数ｎがピクチャ総数ＮＰＩＣを超えてい
ない場合は、ステップＡ２へ戻り、変数ｎがピクチャ総
数ＮＰＩＣを超えている場合は、本処理を終了する。

【００５０】このように第１のトランスコーダ５０で
は、ＩおよびＰピクチャ周期などのような画像構造に関
する情報を持ち得ないために、図１１に示されたＴＭ５
のレート制御のような、画像ＧＯＰ構造などの情報に基
づいてビット配分を行う方法は、入力画像構造を仮定し
なければ行うことができない。

【００５１】そこで、ＧＯＰ構造を仮定せずにレート制
御を行う方法を採用した例として、図１２に示される第
２の従来のトランスコーダ６０がある。同図に示される
ように、第２の従来のトランスコーダ６０は、図１０の
第１の従来のトランスコーダ５０の構成に加えて、遅延
回路６１と、ビットレート比率計算部６３と、入力符号
量積算部６５と、差分符号量計算部６７と、目標出力符
号量更新部６９と、量子化スケールコード算出部７１
と、を備えている。

【００５２】このように構成されたトランスコーダ６０
の処理の流れを図１３に示す。同図に示されるように、
トランスコーダ６０の処理は、ステップＢ１〜Ｂ１３か
らなる。ステップＢ６〜Ｂ１３は、図１１に示されたレ
ート処理のステップＡ７〜Ａ１４と同じである。但し、
ステップＢ７では、目標出力符号量更新部６９で算出さ
れた目標出力符号量Ｔoutに基づいて、仮想バッファ占
有量の算出がなされる。

【００５３】また、同様にＧＯＰ構造を仮定せずにレー
ト制御を行う方法を採用した別の例として、図１４およ
び図１５に従来のトランスコーダの第３例を示す。図１
４に示されるように、第３の従来のトランスコーダ８０
は、第１ビットレートを有する第１伝送路に接続され、
入力ビットストリームｂ３を入力するＶＬＤ８１と、第
１の従来のトランスコーダ５０と同じ、逆量子化器５３
と、量子化器５５と、ＶＬＣ５７と、を含み、図１２の
トランスコーダ６０と同じビットレート比率計算部６３
と、差分符号量計算部６７と、を含み、さらに、目標出
力符号量更新部８３と、量子化スケールコード算出部８
５と、を備えている。

【００５４】第３の従来のトランスコーダ８０では、ビ
ットストリームｂ３に予め符号量を情報として記述して
おき、その情報に基づいてレート制御を行うものであ
る。

【００５５】

【発明が解決しようとする課題】トランスコーダで行う
再量子化処理は、逆量子化と再量子化を結合した式（２
２）により実現し、直接、入力量子化係数ｍ_inに対し
て出力量子化係数ｍ_outを生成する。ここで、Ｑ_inを
入力ビットストリーム中より得られる入力量子化パラメ
ータ、Ｑ_outを出力量子化パラメータとする。また、式
（２２）において上式がイントラの場合を示し、下式が
インターの場合を示す。

【数３】 しかしながら、トランスコーダは符号化処理後の信号を
対象としているために、符号化前の元の信号は知ること
はできない。したがって、符号量制御においては、トラ
ンスコード処理後の画像自身の歪みではなく、再量子化
処理によって新たに発生する歪みに着目して、この歪み
を抑制することにより、画質の低下を抑制しながら符号
量の削減を実現しなければならない。

【００５６】そこで、上記の再量子化式（２２）を適用
した場合の、削減符号量と発生する歪みの特性について
検討する。

【００５７】テストシーケンスBusの１枚の画面に対し
て量子化パラメータをＱ_in＝１、２、４、８に固定し
て第一段量子化処理を行い、その後再量子化パラメータ
を１から３１までとり、式（２２）に示す再量子化式を
用いて再量子化処理を行い、再量子化で削減された符号
量Ｒ_dec［bit/pixel］と発生した歪みＤ_incの関係を
検証すると、図２のようになる。また、イントラの特性
に関しては、直接量子化におけるＱ_inとＱ_out間に対
応する符号量と歪みの差を実線で示す。

【００５８】図２に示すように、イントラ再量子化で
は、初回の量子化が粗くなるにつれて特性は階段状にな
っていき、削減符号量値自体が制限されることがわか
る。これは、ある値の入力量子化係数が式（２２）に示
す再量子化により全て同時に新たな値へ変換されて、そ
の個数分だけ係数の分布が瞬時に変化し、またその中間
の分布をとることはできないため、結果的に再量子化に
よって達成可能な符号量は特定の値に制限されるためで
ある。インターの再量子化特性に関しては、特性曲性は
滑らかな変化を示しているが、特に初回の量子化が粗く
なるにつれて、プロットは特定の場所へ集中する傾向が
見られる。

【００５９】次に、出力量子化パラメータと再量子化後
の符号量の関係に着目して、入力量子化パラメータに対
して、符号量削減が実現可能な出力量子化パラメータ値
について考察する。Ｑ_in＝４、８とし、出力量子化パ
ラメータＱ_outと出力符号量Ｒ_outの関係を図３に示
す。図３より、イントラの場合にはＱ_in＝４に対して
Ｑ_out＝９、１７、２５で符号量が大きく減少している
ことがわかる。また図２より、この点において直接量子
化とほぼ等しい効率を実現していることがわかる。イン
ターの場合には、Ｑ_outがＱ_inの整数倍の値のとき
に、直接量子化と等しい符号量を示している。以上よ
り、ｍを整数として、入力／出力量子化パラメータ間に
おいて、以下の式（２３）が成り立つように、Ｑ_outの
値を制限する。

【数４】 式（２３）より、Ｑ_outの値はＱ_inと整数ｍによって
のみ定まる。このように、入力量子化パラメータに対し
出力量子化パラメータを制限することで、トランスコー
ダにおいて直接量子化に近いレート歪み特性のもとで再
量子化が実現できる。

【００６０】ここで、入力量子化パラメータによる特性
の差異に着目すると、図２から、初回の量子化が細かい
ほど、削減符号量あたりに発生する歪みは少ないことが
わかる。そして初回量子化が粗くなるほどレートの削減
効率は悪化していく。

【００６１】そこで、入力量子化パラメータＱ_inが低
いマクロブロック（以下、ＭＢと表記）に対して多くの
符号量を削減し、Ｑ_inが高いＭＢは削減効率が良くな
いのであまり符号量を削減しないといった、初回の量子
化の粗さに応じた削減符号量の制御により、発生する歪
みを抑えて、効率よく符号量を削減する符号量制御を実
現する。

【００６２】本発明は、図２に示す特性に基づき、最適
削減符号量の導出と、最適量子化パラメータの算出と、
により、入力量子化パラメータ値に応じて削減する符号
量を設定し、歪みの発生を最小限にするような符号量制
御を実現する動画像圧縮符号化信号変換方法、装置およ
び変換プログラムを記録した媒体を提供する。

【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、複数の画面から構成される
動画像を圧縮符号化した第１画像符号化信号を、第１転
送速度を有する第１伝送路を介して入力する入力ステッ
プと、該入力ステップで入力された第１画像符号化信号
から領域毎に第１量子化係数領域データを可変長復号す
る可変長復号ステップと、前記入力ステップで入力され
た第１画像符号化信号から領域毎に入力量子化パラメー
タを固定長復号する固定長復号ステップと、前記可変長
復号ステップで復号された第１量子化係数領域データ
を、領域毎に前記固定長復号ステップで復号された入力
量子化パラメータを用いて、逆量子化して直交変換係数
領域データを生成する逆量子化ステップと、該逆量子化
ステップで生成された直交変換係数領域データの圧縮率
を決める量子化パラメータを前記各領域毎に設定する量
子化パラメータ設定ステップと、前記逆量子化ステップ
で生成された直交変換係数領域データを、前記量子化パ
ラメータ設定ステップで設定された量子化パラメータを
用いて各領域毎に量子化して第２量子化係数領域データ
を生成する量子化ステップと、該量子化ステップで生成
された第２量子化係数領域データを可変長符号化して、
前記第１画像符号化信号より少ない符号量を有する第２
画像符号化信号を領域毎に生成する可変長符号化ステッ
プと、前記第１転送速度より低い第２転送速度を有する
第２伝送路を介して、前記第２画像符号化信号を出力す
る出力ステップと、前記可変長復号ステップと、前記固
定長復号ステップと、前記逆量子化ステップと、前記量
子化パラメータ設定ステップと、前記量子化ステップ
と、前記可変長符号化ステップと、に処理を繰り返し実
行させる制御ステップと、を備えた動画像圧縮符号化信
号変換方法において、

【００６４】入力された第１画像符号化信号と、生成さ
れた第２画像符号化信号と、に基づいて目標削減符号量
を算出する目標削減符号量算出ステップと、該目標削減
符号量算出ステップで算出された目標削減符号量から目
標符号量を算出する目標符号量算出ステップと、を備
え、

【００６５】前記目標削減符号量算出ステップが、入力
量子化パラメータ値ごとに、目標削減符号量となる平均
削減符号量を算出し、前記目標符号量算出ステップが、
当該領域の入力量子化パラメータ値の平均削減符号量
と、当該領域の直交変換係数領域データの符号量と、に
基づいて目標符号量を算出し、前記量子化パラメータ設
定ステップが、該目標符号量算出ステップで算出された
目標符号量に基づいて、前記量子化パラメータを設定す
ることを特徴とするものである。

【００６６】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１記載の動画像圧縮符号化信号変換方
法において、前記目標削減符号量算出ステップが、総削
減符号量を一定にして、総発生歪みが最小となる目標削
減符号量を算出することを特徴とするものである。

【００６７】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１記載の動画像圧縮符号化信号変換方
法において、前記目標削減符号量算出ステップが、圧縮
率の小さい入力量子化パラメータを持つ領域データか
ら、圧縮率の大きな入力量子化パラメータを持つ領域デ
ータよりも、多くの符号量を削減するように、各平均削
減符号量を算出することを特徴とするものである。

【００６８】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１〜３のいずれか１項に記載の動画像
圧縮符号化信号変換方法において、前記量子化パラメー
タ設定ステップが、量子化により符号量が、前記目標符
号量算出ステップで算出された目標符号量に最も近くな
る量子化パラメータを設定することを特徴とするもので
ある。

【００６９】請求項５記載の発明は、上記課題を解決す
るために、第１目標転送速度を有する第１伝送路と、前
記第１転送速度より低い第２目標転送速度を有する第２
伝送路と、の間に介在するとともに、複数の画面から構
成される動画像を圧縮符号化した第１画像符号化信号
を、前記第１伝送路を介して入力する入力手段と、該入
力手段から入力された第１画像符号化信号から領域毎に
第１量子化係数領域データを可変長復号する可変長復号
手段と、前記入力手段から入力された第１画像符号化信
号から領域毎に入力量子化パラメータを固定長復号する
固定長復号手段と、前記可変長復号手段で復号された第
１量子化係数領域データを、領域毎に前記固定長復号手
段で復号された入力量子化パラメータを用いて、逆量子
化して直交変換係数領域データを生成する逆量子化手段
と、該逆量子化手段で生成された直交変換係数領域デー
タの圧縮率を決める量子化パラメータを前記各領域毎に
設定する量子化パラメータ設定手段と、前記逆量子化手
段で生成された直交変換係数領域データを、前記量子化
パラメータ設定手段で設定された量子化パラメータを用
いて各領域毎に量子化して第２量子化係数領域データを
生成する量子化手段と、該量子化手段で生成された第２
量子化係数領域データを可変長符号化して、前記第１画
像符号化信号より少ない符号量を有する第２画像符号化
信号を領域毎に生成する可変長符号化手段と、前記第２
伝送路を介して、前記第２画像符号化信号を出力する出
力手段と、前記可変長復号手段と、前記固定長復号手段
と、前記逆量子化手段と、前記量子化パラメータ設定手
段と、前記量子化手段と、前記可変長符号化手段と、に
処理を繰り返し実行させる制御手段と、を備えた動画像
圧縮符号化信号変換装置において、

【００７０】入力された第１画像符号化信号と、生成さ
れた第２画像符号化信号と、に基づいて目標削減符号量
を算出する目標削減符号量算出手段と、該目標削減符号
量算出手段で算出された目標削減符号量から目標符号量
を算出する目標符号量算出手段と、を備え、

【００７１】前記目標削減符号量算出手段が、入力量子
化パラメータ値ごとに、目標削減符号量となる平均削減
符号量を算出し、前記目標符号量算出手段が、当該領域
の入力量子化パラメータ値の平均削減符号量と、当該領
域の直交変換係数領域データの符号量と、に基づいて目
標符号量を算出し、前記量子化パラメータ設定手段が、
該目標符号量算出手段で算出された目標符号量に基づい
て、前記量子化パラメータを設定することを特徴とする
ものである。

【００７２】請求項６記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項５記載の動画像圧縮符号化信号変換装
置において、前記目標削減符号量算出手段が、総削減符
号量を一定にして、総発生歪みが最小となる目標削減符
号量を算出することを特徴とするものである。

【００７３】請求項７記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項５記載の動画像圧縮符号化信号変換装
置において、前記目標削減符号量算出手段が、圧縮率の
小さい入力量子化パラメータを持つ領域データから、圧
縮率の大きな入力量子化パラメータを持つ領域データよ
りも、多くの符号量を削減するように、各平均削減符号
量を算出することを特徴とするものである。

【００７４】請求項８記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項５〜７のいずれか１項に記載の動画像
圧縮符号化信号変換装置において、前記量子化パラメー
タ設定手段が、量子化により符号量が、前記目標符号量
算出手段で算出された目標符号量に最も近くなる量子化
パラメータを設定することを特徴とするものである。

【００７５】請求項９記載の発明は、上記課題を解決す
るために、複数の画面から構成される動画像を圧縮符号
化した第１画像符号化信号を、第１転送速度を有する第
１伝送路を介して入力する入力ステップと、該入力ステ
ップで入力された第１画像符号化信号から領域毎に第１
量子化係数領域データを可変長復号する可変長復号ステ
ップと、前記入力ステップで入力された第１画像符号化
信号から領域毎に入力量子化パラメータを固定長復号す
る固定長復号ステップと、前記可変長復号ステップで復
号された第１量子化係数領域データを、領域毎に前記固
定長復号ステップで復号された入力量子化パラメータを
用いて、逆量子化して直交変換係数領域データを生成す
る逆量子化ステップと、該逆量子化ステップで生成され
た直交変換係数領域データの圧縮率を決める量子化パラ
メータを前記各領域毎に設定する量子化パラメータ設定
ステップと、前記逆量子化ステップで生成された直交変
換係数領域データを、前記量子化パラメータ設定ステッ
プで設定された量子化パラメータを用いて各領域毎に量
子化して第２量子化係数領域データを生成する量子化ス
テップと、該量子化ステップで生成された第２量子化係
数領域データを可変長符号化して、前記第１画像符号化
信号より少ない符号量を有する第２画像符号化信号を領
域毎に生成する可変長符号化ステップと、前記第１転送
速度より低い第２転送速度を有する第２伝送路を介し
て、前記第２画像符号化信号を出力する出力ステップ
と、前記可変長復号ステップと、前記固定長復号ステッ
プと、前記逆量子化ステップと、前記量子化パラメータ
設定ステップと、前記量子化ステップと、前記可変長符
号化ステップと、に処理を繰り返し実行させる制御ステ
ップと、を備えた動画像圧縮符号化信号変換プログラム
を記録した媒体において、

【００７６】入力された第１画像符号化信号と、生成さ
れた第２画像符号化信号と、に基づいて目標削減符号量
を算出する目標削減符号量算出ステップと、該目標削減
符号量算出ステップで算出された目標削減符号量から目
標符号量を算出する目標符号量算出ステップと、を備
え、

【００７７】前記目標削減符号量算出ステップが、入力
量子化パラメータ値ごとに、目標削減符号量となる平均
削減符号量を算出し、前記目標符号量算出ステップが、
当該領域の入力量子化パラメータ値の平均削減符号量
と、当該領域の直交変換係数領域データの符号量と、に
基づいて目標符号量を算出し、前記量子化パラメータ設
定ステップが、該目標符号量算出ステップで算出された
目標符号量に基づいて、前記量子化パラメータを設定す
ることを特徴とするものである。

【００７８】請求項１０記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項９記載の動画像圧縮符号化信号変換
プログラムを記録した媒体において、前記目標削減符号
量算出ステップが、総削減符号量を一定にして、総発生
歪みが最小となる目標削減符号量を算出することを特徴
とするものである。

【００７９】請求項１１記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項９記載の動画像圧縮符号化信号変換
プログラムを記録した媒体において、前記目標削減符号
量算出ステップが、圧縮率の小さい入力量子化パラメー
タを持つ領域データから、圧縮率の大きな入力量子化パ
ラメータを持つ領域データよりも、多くの符号量を削減
するように、各平均削減符号量を算出することを特徴と
するものである。

【００８０】請求項１２記載の発明は、上記課題を解決
するために、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の動
画像圧縮符号化信号変換プログラムを記録した媒体にお
いて、前記量子化パラメータ設定ステップが、量子化に
より符号量が、前記目標符号量算出ステップで算出され
た目標符号量に最も近くなる量子化パラメータを設定す
ることを特徴とするものである。

【００８１】

【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。

【００８２】本発明に係る動画像圧縮符号化信号変換装
置の実施形態として、トランスコーダの概略ブロック図
を図１に示す。本実施例のトランスコーダ１００は、入
力された入力ＭＰＥＧ２ビットストリーム（第１ビット
ストリーム）ｂ１を出力ＭＰＥＧ２ビットストリーム
（第２ビットストリーム）ｂ２に変換して出力するもの
である。

【００８３】トランスコーダで行う再量子化処理は、逆
量子化と再量子化を結合した下記式（２２）により実現
し、直接、入力量子化係数ｍ_inに対して出力量子化係
数ｍ_outを生成する。ここで、Ｑ_inを入力ビットスト
リーム中より得られる入力量子化パラメータ、Ｑ_outを
出力量子化パラメータとする。また、式（２２）におい
て上式がイントラの場合を示し、下式がインターの場合
を示す。

【数３】 トランスコーダは符号化処理後の信号を対象としている
ために、符号化前の元の信号は知ることはできない。し
たがって、符号量制御においては、トランスコード処理
後の画像自身の歪みではなく、再量子化処理によって新
たに発生する歪みに着目して、この歪みを抑制すること
により、画質の低下を抑制しながら符号量の削減を実現
しなければならない。そこで、上記の再量子化式を適用
した場合の、削減符号量と発生する歪みの特性について
以下に述べる。

【００８４】テストシーケンスBusの１枚の画面に対し
て量子化パラメータをＱ_in＝１、２、４、８に固定し
て第一段量子化処理を行い、その後再量子化パラメータ
を１から３１までとり、式（２２）に示す再量子化式を
用いて再量子化処理を行い、再量子化で削減された符号
量Ｒ_dec［bit/pixel］と発生した歪みＤ_incの関係を
測定すると、図２に示すようになる。また、イントラの
特性に関しては、直接量子化におけるＱ_inとＱ_out間
に対応する符号量と歪みの差を実線で示す。

【００８５】図２に示すように、イントラ再量子化で
は、初回の量子化が粗くなるにつれて特性は階段状にな
っていき、削減符号量値自体が制限されることがわか
る。これは、ある値の入力量子化係数が式（２２）に示
す再量子化により全て同時に新たな値へ変換されて、そ
の個数分だけ係数の分布が瞬時に変化し、またその中間
の分布をとることはできないため、結果的に再量子化に
よって達成可能な符号量は特定の値に制限されるためで
ある。インターの再量子化特性に関しては、特性曲性は
滑らかな変化を示しているが、特に初回の量子化が粗く
なるにつれて、プロットは特定の場所へ集中する傾向が
見られる。

【００８６】次に、出力量子化パラメータと再量子化後
の符号量の関係に着目して、入力量子化パラメータに対
して、符号量削減が実現可能な出力量子化パラメータ値
について述べる。Ｑ_in＝４、８とし、出力量子化パラ
メータＱ_outと出力符号量Ｒ_outの関係を図３に示す。
図３より、イントラの場合にはＱ_in＝４に対してＱ_ou
t＝９、１７、２５で符号量が大きく減少していること
がわかる。また図２より、この点において直接量子化と
ほぼ等しい効率を実現していることがわかる。インター
の場合には、Ｑ_outがＱ_inの整数倍の値のときに、直
接量子化と等しい符号量を示している。以上より、ｍを
整数として、入力／出力量子化パラメータ間において、
以下の式（２３）が成り立つように、Ｑ_outの値を制限
する。

【数４】 式（２３）より、Ｑ_outの値はＱ_inと整数ｍによって
のみ定まる。このように、入力量子化パラメータに対し
出力量子化パラメータを制限することにより、トランス
コーダにおいて直接量子化に近いレート歪み特性のもと
で再量子化が実現できる。

【００８７】ここで、入力量子化パラメータによる特性
の差異に着目すると、図２から、初回の量子化が細かい
ほど、削減符号量あたりに発生する歪みは少ないことが
わかる。そして初回量子化が粗くなるほどレートの削減
効率は悪化していく。

【００８８】そこで本発明では、入力量子化パラメータ
Ｑ_inが低いマクロブロック（以下、ＭＢと表記）に対
して多くの符号量を削減し、Ｑ_inが高いＭＢは削減効
率が良くないのであまり符号量を削減しないといった、
初回の量子化の粗さに応じた削減符号量の制御により、
発生する歪みを抑えて、効率よく符号量を削減する符号
量制御を実現する。

【００８９】そこで、入力量子化パラメータ値に応じて
削減する符号量を設定し、歪みの発生を最小限にする符
号量制御を行うため、最適削減符号量の導出と、最適量
子化パラメータの算出と、の二段階の処理を行う。

【００９０】まず、最適削減符号量の導出処理について
述べる。

【００９１】最適削減符号量の導出処理は、入力量子化
パラメータごとの制御を行うため、目標削減符号量の算
出に先立って対象とする画像の各ＭＢの量子化パラメー
タの値をあらかじめ知る必要がある。そこで、まず入力
ビットストリームに対して１画面分のプレスキャンを行
い、入力量子化パラメータ値Ｑ_inに関して、Ｑ_in＝ｋ
であるＭＢの個数ｎ_kと、このＭＢのＭＢ単位平均入力
符号量Ｒ_k^(in)を、各Ｑ_inの値に対して抽出し、１画
面内のＭＢを入力量子化パラメータごとにグループ分け
する。その後、１画面内総削減符号量Ｒ_decが一定のも
とで、１画面内総発生歪み量Ｄ_incが最小になるよう
に、入力量子化パラメータ値がＱ_inのＭＢに対する削
減符号量ｒ_kを算出する。

【００９２】まず、削減符号量ｒ_kに対して発生する歪
みをｄ_k(ｒ_k)と定義する。ここで、ｄ_k(ｒ_k)とｒ_k
の間には図２に示す特性があるものの、ｒ_kの算出時に
は両者の間に以下の式（２４）が成り立つものと仮定す
る。

【数５】 そこで、１画面内総発生歪みＤ_incは、ｄ_k(ｒ_k)とｎ
_kを用いて下記式（２５）で表現される。

【数６】 また、１画面内総削減符号量Ｒ_decは下記式（２６）に
示される。

【数７】 以上から、総削減符号量Ｒ_decが一定のもとで総発生歪
みＤ_incが最小となるようなＭＢの削減符号量ｒ_kを導
出する。このＤ_incを最小にするには、式（２６）に示
される拘束条件の下で式（２５）に示すＤ_incの最小値
を求めればよい。そこで、τをラグランジュ未定係数と
して式（２７）のようにJを定義する。

【数８】 式（２７）において∂J／∂ｒ_k＝０となるｒ_kを以下
の式（２８）のようにして導出する。

【数９】 式（２８）を式（２６）に代入することにより未定係数
τを求め、これを式（２８）に代入して、ｒ_kを以下の
式（２９）のように導出する。

【数１０】 式（２９）で与えられるｒ_kは式（２５）の極小解を与
えるものであり、入力量子化パラメータがＱ_inである
各ＭＢから削減する符号量の最適値は式（２９）で与え
られる。

【００９３】ここで、入力ＭＢの符号量は同一の量子化
パラメータのＭＢ間でも大きくばらついているため、入
力ＭＢ符号量に対し直接ｒ_kを減じた値を目標符号量値
にしてしまうと、目標符号量が負の値になってしまうこ
とがある。また、ｒ_kは１個のＭＢではなく、ｎ_k個の
ＭＢに対する平均的な削減符号量である。そこで、当該
ＭＢ入力符号量ｒ_k(in)に対して、以下の式（３０）に
より目標符号量ｒ_allocを定める。

【数１１】 次に、最適量子化パラメータ制御処理について説明す
る。

【００９４】最適量子化パラメータ制御処理では、最適
削減符号量の導出処理で得られた当該ＭＢ目標符号量に
対する出力量子化パラメータＱ_outを算出する。ＭＢの
符号量は動きベクトルなどのＭＢレイヤ符号とＤＣＴ係
数（量子化係数）からなるが、ＭＢレイヤ符号は量子化
によっては制御できないので、量子化係数の符号量につ
いて考える。量子化係数はジグザグスキャンした後に連
続する係数値が０の係数（ゼロ係数）の個数（ラン長）
runと、それに続く０でない量子化係数（非ゼロ係数）
の絶対値（レベル値）levelをペアとした（run、leve
l）に対して２次元ランレングス符号化される。符号量
は（run、level）ぺアの数と、それぞれに割り当てられ
た符号語長codeword_length(run,level)の和によって定
まる。（run、level）ペアの個数は非ゼロ係数の個数に
等しく、再量子化した後に非ゼロ係数がゼロ係数へ丸め
られて、非ゼロ係数の個数が減ることにより符号量が大
きく削減される。

【００９５】まず、最適量子化パラメータ制御処理で
は、入力当該ＭＢの量子化係数を調べて、当該ＭＢ中に
含まれている非ゼロ係数のレベル値levelの係数の個数c
（level）をカウントする。

【００９６】また、あるlevel値に対するランは０から
６３まであり、それぞれに対して符号語が割り当てられ
ているが、（run、level）ペアの発生確率ｐ（run、lev
el）を用いて、このlevel値に対する平均符号長avg_len
gth（level）を、以下の式（３１）により算出する。

【数１２】 ここで、ｐ（run、level）については、入力量子化パラ
メータおよび入力ＭＢ符号量の抽出のためのプレスキャ
ンニング時に、ブロックレイヤ符号までプレスキャンを
行うことで得ることができる。

【００９７】次に、再量子化処理によってあるレベル値
ｍ*以下の量子化係数がゼロ係数に丸められて削減され
る符号量ｒ_red(ｍ*)を式（３２）により算出する。

【数１３】 ここで、tlevelはｍ*以下のlevel値が再量子化して０に
丸められた時に、ｍ*より大きいlevel値に対する再量子
化レベル値を表す。

【００９８】次に、入力ＭＢ符号量ｒ^(in)からｒ_red
(ｍ*)を減じることで、ｍ*以下のlevel値が再量子化し
てゼロ係数へ丸められた結果推定される、ＭＢ推定発生
符号量ｒ_est(ｍ*)を算出する。

【数１４】 最後に、推定符号量ｒ_est(ｍ*)が当該ＭＢ目標符号量
ｒ_allocに最も近くなるようなｍ*の値を求め、これを
式（２３）のｍに代入し、出力量子化パラメータＱ_out
を算出する。以上の方法により算出された出力量子化パ
ラメータは、当該ＭＢの出力符号量が目標値に最も近く
なるようにして設定された量子化パラメータ値となる。

【００９９】以下に、上述の最適削減符号量の導出処
理、最適量子化パラメータ制御処理を用いて、入力量子
化パラメータ値に応じて削減する符号量を設定し、歪み
の発生を最小限にするような符号量制御を実現するトラ
ンスコード処理を示し、説明する。

【０１００】説明に先立ち、図４に入力ビットストリー
ムの概略図を示す。入力ビットストリームは、ヘッダ情
報等の他の情報も持つがここでは省略する。

【０１０１】入力ビットストリームは、複数の画面、ピ
クチャ情報を持ち、ピクチャに付けられた番号：ｎを持
つ。

【０１０２】１つのピクチャは、１つの画面を複数に分
割したブロック、マクロブロック：ＭＢ情報を持つ。

【０１０３】また、それぞれのＭＢは、入力量子化パラ
メータＱ_inを持つ。

【０１０４】図５に、トランスコード処理全体のフロー
チャートを示す。本処理は、上述したように、最適削減
符号量の導出と、最適量子化パラメータの算出と、の二
段階で行われる。

【０１０５】まず、トランスコーダ内に入力ビットスト
リームが入力されると、ステップｓ１１で、ビットスト
リーム内ピクチャインデックスｎの初期設定（ｎ＝１）
を行う。ここで、変数ｎは、入力画像信号に含まれる複
数のピクチャに付けられた番号を示し、以後、ｎ番目の
ピクチャをpic(n)と示す。

【０１０６】以下、ステップｓ１２からステップｓ２４
は、各ピクチャ、ｎ＝１〜ＮＰＩＣ番目のピクチャにつ
いて実行される。ここで、ＮＰＩＣは、ビットストリー
ム内の符号化ピクチャ枚数である。

【０１０７】ステップｓ１２では、ｎ番ピクチャの目標
符号量を算出する。

【０１０８】続くステップｓ１３で、１画面分のプレス
キャンを行い、入力量子化スケールコード値がｋである
ＭＢの個数ｎ_kと、そのＭＢにおける平均入力符号量Ｒ
_k^(in)および量子化係数レベル値levelに対する平均符
号長avg_length(level)を算出する。１画面分のプレス
キャンの詳細は、後述する。

【０１０９】次に、ステップｓ１４で、ＭＢインデック
スの初期化（ｊ＝１）を行う。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、以後、ｊ番目のマクロブロックをMB(j)と示す。

【０１１０】以下、ステップｓ１５からステップｓ２２
は、各ＭＢ、ｊ＝１〜ＮＭＢ番目のＭＢについて実行さ
れる。ここで、ＮＭＢは、ピクチャ内のＭＢ総数であ
る。

【０１１１】次に、ステップｓ１５で、当該ＭＢを復号
し、当該ＭＢにおけるレベル値levelを持つ係数の個数c
(level)、最大レベル値max_level、ＭＢ入力符号量ｒ_k
^(in)を算出する。

【０１１２】続くステップｓ１６で、ピクチャ内の入力
符号量を積算し、ステップｓ１７で、ピクチャ内の残り
ＭＢ目標削減符号量の算出を行う。

【０１１３】続いて、ステップｓ１８で、ｊ番目のＭＢ
の目標符号量の算出を行い、ステップｓ１９で、ｊ番目
のＭＢの出力量子化スケールコードの算出を行う。この
ＭＢの目標符号量算出処理と、ＭＢの出力量子化スケー
ルコード算出処理については、詳細を後述する。

【０１１４】続くステップｓ２０で、ピクチャ内出力符
号量の積算を行う。

【０１１５】ステップｓ２１で、変数ｊをインクリメン
トして、ステップｓ２２へ進み、変数ｊがピクチャ内Ｍ
Ｂ総数ＮＭＢを超えているか否かの判定をする。ここ
で、変数ｊがピクチャ内ＭＢ総数ＮＭＢを超えていない
場合は、ステップｓ１５へ戻り、変数ｊがピクチャ内Ｍ
Ｂ総数ＮＭＢを超えている場合は、ステップｓ２３に進
む。

【０１１６】このようにして、変数ｊは、ステップｓ１
５〜ｓ２１の符号化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
に対して順次処理を行うことができる。

【０１１７】ステップｓ２３で、変数ｎをインクリメン
トして、ステップｓ２４へ進み、変数ｎがビットストリ
ーム内の符号化ピクチャ枚数ＮＰＩＣを超えているか否
かの判定をする。ここで、変数ｎがピクチャ枚数ＮＰＩ
Ｃを超えていない場合は、ステップｓ１２へ戻り、変数
ｎがピクチャ枚数ＮＰＩＣを超えている場合は、本処理
を終了する。

【０１１８】次に、上記トランスコード処理全体を示す
フローチャートのステップｓ１３における、１画面分の
プレスキャン処理のフローチャートを図６、図７に示
し、説明する。

【０１１９】プレスキャン処理にはいると、ステップｓ
４１で、入力量子化パラメータｋを持つＭＢの発生個数
ｎ_kの初期化（ｎ_k＝０）を（ｋ＝１〜３１）行う。

【０１２０】続くステップｓ４３で、１画面内における
(run,level)の個数rlcount_frame(run,level)の初期化
（rlcount_frame(run,level)＝０）を行う。

【０１２１】次に、ステップｓ４４で、ＭＢインデック
スの初期化（ｊ＝１）を行う。

【０１２２】以下、ステップｓ４５からステップｓ５１
は、各ＭＢ、ｊ＝１〜ＮＭＢ番目のＭＢについて実行さ
れる。

【０１２３】次に、ステップｓ４５で、ｊ番目のＭＢの
ＭＢレイヤ符号を復号し、入力量子化スケールコード値
ｋを抽出する

【０１２４】続くステップｓ４６で、ｋに対応するｎ_k
に対して、ｎ_kをインクリメントする。

【０１２５】続いて、ステップｓ４７で、ブロックレイ
ヤを復号し、ｊ番目のＭＢ内における(run,level)の個
数をrlcount_frame(run,level)に加算する。

【０１２６】続くステップｓ４８で、１画面内のlevel
値の最大値max_levelの更新を行い、ステップｓ４９
で、ｊ番目のＭＢの入力符号量を算出する。

【０１２７】続くステップｓ５０で、変数ｊをインクリ
メントして、ステップｓ５１へ進み、変数ｊがピクチャ
内ＭＢ総数ＮＭＢを超えているか否かの判定をする。こ
こで、変数ｊがピクチャ内ＭＢ総数ＮＭＢを超えていな
い場合は、ステップｓ４５へ戻り、変数ｊがピクチャ内
ＭＢ総数ＮＭＢを超えている場合は、ステップｓ５２に
進む。

【０１２８】ステップｓ５２では、runとlevelを初期化
（run＝０,level＝０）して、全ての(run,level)に対し
て、続くステップｓ５３を実行する。

【０１２９】ステップｓ５３では、rlcount_frame(run,
level)を用いて、１画面内における(run,level)の発生
確率ｐ(run,level)を算出する。

【０１３０】発生確率ｐ(run,level)は、ｐ(run,level)
＝rlcount_frame(run,level)／（１フレーム内の全量子
化係数個数）として、求められる。

【０１３１】続くステップｓ５４で、runをインクリメ
ントして、ステップｓ５５へ進み、runが６３を超えて
いるか否かの判定をする。ここで、runが６３を超えて
いない場合は、ステップｓ５３へ戻り、runが６３を超
えている場合は、ステップｓ５６に進む。

【０１３２】ステップｓ５６では、levelをインクリメ
ントして、ステップｓ５７へ進み、levelがmax_levelを
超えているか否かの判定をする。ここで、levelがmax_l
evelを超えていない場合は、ステップｓ５３へ戻り、le
velがmax_levelを超えている場合は、ステップｓ５８に
進む。

【０１３３】ステップｓ５８では、levelを初期化（lev
el＝０）して、全てのlevelに対して、続くステップｓ
５９を実行する。

【０１３４】ステップｓ５９では、ｐ(run,level)およ
び(run,level)に割り当てられた符号後の長さcodeword_
length(run,level)を用いてlevel値に対する平均符号長
avg_length(level)を算出する。ここで、(run,level)に
割り当てられた符号後の長さcodeword_length(run,leve
l)は、ＭＰＥＧ標準で決められている。

【０１３５】続くステップｓ６０で、levelをインクリ
メントして、ステップｓ６１へ進み、levelがmax_level
を超えているか否かの判定をする。ここで、levelがmax
_levelを超えていない場合は、ステップｓ５９へ戻り、
levelがmax_levelを超えている場合は、ステップｓ６２
に進む。

【０１３６】ステップｓ６２では、ｋを初期化（ｋ＝
１）して、全てのｋに対して、続くステップｓ６３を実
行する。

【０１３７】ステップｓ６３では、入力量子化スケール
コードｋのＭＢに対する平均入力符号量Ｒ_k^(in)を算
出する。

【０１３８】続くステップｓ６４で、ｋをインクリメン
トして、ステップｓ６５へ進み、ｋが３１を超えている
か否かの判定をする。ここで、ｋが３１を超えていない
場合は、ステップｓ６３へ戻り、ｋが３１を超えている
場合は、本プレスキャン処理を終了する。

【０１３９】以上により、入力量子化スケールコード値
がｋであるＭＢの個数ｎ_kと、そのＭＢにおける平均入
力符号量Ｒ_k^(in)および量子化係数レベル値levelに対
する平均符号長avg_length(level)が算出できる。

【０１４０】次に、上記トランスコード処理全体を示す
フローチャートのステップｓ１８における、ＭＢの目標
符号量の算出処理のフローチャートを図８に示し、説明
する。

【０１４１】ここでは、まずステップｓ７１で、入力量
子化スケールコードｋに対する平均目標削減符号量ｒ_k
を算出する。平均目標削減符号量ｒ_kの算出は、上記式
（２９）のＲ_decを現在のフレームの残りのＭＢ目標総
削減符号量として求める。

【０１４２】続くステップｓ７２で、ＭＢ目標符号量ｒ
_allocを算出する。ＭＢ目標符号量ｒ_allocの算出に
は、上記式（３０）にステップ７１で求めた平均目標削
減符号量ｒ_kを用いて求める。

【０１４３】続くステップｓ７３で、当該ＭＢ入力量子
化スケールコードｋに対応するｎ_kの更新を行う。入力
量子化スケールコードｋに対応するＭＢの処理が１つ終
わったので、ｎ_kをデクリメントする。

【０１４４】以上により、ｊ番目のＭＢの目標符号量の
算出ができる。

【０１４５】次に、上記トランスコード処理全体を示す
フローチャートのステップｓ１９における、ＭＢの出力
量子化スケールコードの算出処理のフローチャートを図
９に示し、説明する。

【０１４６】まずステップｓ８１で、ｍ*の初期化（ｍ*
＝１）を行う。

【０１４７】続くステップｓ８２で、ｍ*に対し、ｍ*以
下のlevel値が０に丸められて削減される符号量ｒ_red
(m*)を算出する。削減される符号量ｒ_red(m*)は、前述
の式（３２）により算出される。

【０１４８】続くステップｓ８３で、ｒ_red(m*)が減じ
られることによる推定発生符号量ｒ_est(m*)を算出す
る。推定発生符号量ｒ_est(m*)は、前述の式（３３）に
より算出される。

【０１４９】ステップｓ８４で、変数ｍ*をインクリメ
ントして、ステップｓ８５へ進み、変数ｍ*がＭＢ内最
大level値max_levelを超えているか否かの判定をする。
ここで、変数ｍ*がＭＢ内最大level値max_levelを超え
ていない場合は、ステップｓ８２へ戻り、変数ｍ*がＭ
Ｂ内最大level値max_levelを超えている場合は、ステッ
プｓ８６に進む。

【０１５０】次に、ステップｓ８６で、最小値格納用変
数min_diffの初期化（min_diff＝９９９９）を行い、ス
テップｓ８７で、ｍ*の初期化（ｍ*＝０）を行う。

【０１５１】続くステップｓ８８では、目標符号量ｒ_a
llocと推定発生符号量ｒ_est(m*)との差（｜ｒ_alloc
− ｒ_est(m*)｜）が、最小値格納用変数min_diffより
も小さいか否かの判定がなされ、最小値格納用変数min_
diffよりも小さい値が出てくればステップｓ８９に進
み、最小値格納用変数min_diffよりも小さく無ければス
テップｓ９１へと進む。

【０１５２】ステップｓ８９では、上記差分値（｜ｒ_a
lloc − ｒ_est(m*)｜）を最小値格納用変数min_diffに
格納し、ステップｓ９０で、ｍ*をｍに格納する。

【０１５３】ステップｓ９１では、変数ｍ*をインクリ
メントして、ステップｓ９２へ進み、変数ｍ*がＭＢ内
最大level値max_levelを超えているか否かの判定をす
る。ここで、変数ｍ*がＭＢ内最大level値max_levelを
超えていない場合は、ステップｓ８８へ戻り、変数ｍ*
がＭＢ内最大level値max_levelを超えている場合は、ス
テップｓ９３に進む。

【０１５４】ステップｓ９３では、このＭＢがイントラ
ＭＢか否かの判定をする。イントラＭＢの場合には、ス
テップｓ９４に進み、インターの場合には、ステップｓ
９５に進む。

【０１５５】ステップｓ９４では、Ｑ_outに（２ｍ×Ｑ
_in＋１）を格納し、ステップｓ９５では、Ｑ_outに
（（ｍ＋１）×Ｑ_in）を格納する。

【０１５６】以上により、ｊ番目のＭＢの出力量子化ス
ケールコードの算出ができる。

【０１５７】したがって、本処理により、入力ビットス
トリーム中より得られる量子化パラメータの大きさに応
じて削減符号量を制御し、再量子化にともない発生する
歪みを最小化するトランスコーダ符号量制御方式を実現
することができる。

【０１５８】

【発明の効果】本発明によれば、入力量子化パラメータ
値ごとに、目標削減符号量となる平均削減符号量を算出
する目標削減符号量算出器と、当該領域の入力量子化パ
ラメータ値の平均削減符号量と、当該領域の直交変換係
数領域データの符号量と、に基づいて目標符号量を算出
する目標符号量算出器と、該目標符号量算出器で算出さ
れた目標符号量に基づいて、量子化パラメータを設定す
る量子化スケールコード算出器と、を備えるので、入力
ビットストリーム中より得られる量子化パラメータの大
きさに応じて削減符号量を制御し、再量子化にともない
発生する歪みを最小化するトランスコーダ符号量制御方
式を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る動画像圧縮符号化信号変換装置の
一実施形態のトランスコーダを示す概略ブロック図であ
る。

【図２】再量子化で削減された符号量と発生した歪みの
関係を示すグラフである。

【図３】出力量子化パラメータと出力符号量の関係を示
すグラフである。

【図４】入力ビットストリームの概略図である。

【図５】トランスコード処理全体を示すフローチャート
である。

【図６】プレスキャン処理を示すフローチャートであ
る。

【図７】プレスキャン処理を示すフローチャートであ
る。

【図８】ＭＢの目標符号量の算出処理を示すフローチャ
ートである。

【図９】ＭＢの出力量子化スケールコードの算出処理を
示すフローチャートである。

【図１０】従来のトランスコーダの概略ブロック図であ
る。

【図１１】図１０に示された従来のトランスコーダにお
ける、ＭＰＥＧ２のＴＭ５のレート制御処理示すフロー
チャートである。

【図１２】従来のトランスコーダの概略ブロック図であ
る。

【図１３】図１２に示された従来のトランスコーダの処
理を示すフローチャートである。

【図１４】従来のトランスコーダの概略ブロック図であ
る。

【図１５】図１４に示された従来のトランスコーダの処
理を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１００ トランスコーダ（動画像符号化信号変換装置） ５１ ＶＬＤ（可変長復号手段） ５３ 逆量子化器(逆量子化手段) ５５ 量子化器（量子化手段） ５７ ＶＬＣ（可変長符号化手段） ６１ 遅延回路 １１１ プレスキャン部 １１３ 目標削減符号量算出器 １１５ 目標符号量算出器 １１７ 量子化スケールコード算出器 １２１ 入力符号量積算器 １２３ 出力符号量積算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 永吉 功 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

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の画面から構成される動画像を圧縮符
   号化した第１画像符号化信号を、第１転送速度を有する
   第１伝送路を介して入力する入力ステップと、 該入力ステップで入力された第１画像符号化信号から領
   域毎に第１量子化係数領域データを可変長復号する可変
   長復号ステップと、 前記入力ステップで入力された第１画像符号化信号から
   領域毎に入力量子化パラメータを固定長復号する固定長
   復号ステップと、 前記可変長復号ステップで復号された第１量子化係数領
   域データを、領域毎に前記固定長復号ステップで復号さ
   れた入力量子化パラメータを用いて、逆量子化して直交
   変換係数領域データを生成する逆量子化ステップと、 該逆量子化ステップで生成された直交変換係数領域デー
   タの圧縮率を決める量子化パラメータを前記各領域毎に
   設定する量子化パラメータ設定ステップと、 前記逆量子化ステップで生成された直交変換係数領域デ
   ータを、前記量子化パラメータ設定ステップで設定され
   た量子化パラメータを用いて各領域毎に量子化して第２
   量子化係数領域データを生成する量子化ステップと、 該量子化ステップで生成された第２量子化係数領域デー
   タを可変長符号化して、前記第１画像符号化信号より少
   ない符号量を有する第２画像符号化信号を領域毎に生成
   する可変長符号化ステップと、 前記第１転送速度より低い第２転送速度を有する第２伝
   送路を介して、前記第２画像符号化信号を出力する出力
   ステップと、 前記可変長復号ステップと、前記固定長復号ステップ
   と、前記逆量子化ステップと、前記量子化パラメータ設
   定ステップと、前記量子化ステップと、前記可変長符号
   化ステップと、に処理を繰り返し実行させる制御ステッ
   プと、 を備えた動画像圧縮符号化信号変換方法において、 入力された第１画像符号化信号と、生成された第２画像
   符号化信号と、に基づいて目標削減符号量を算出する目
   標削減符号量算出ステップと、 該目標削減符号量算出ステップで算出された目標削減符
   号量から目標符号量を算出する目標符号量算出ステップ
   と、を備え、 前記目標削減符号量算出ステップが、入力量子化パラメ
   ータ値ごとに、目標削減符号量となる平均削減符号量を
   算出し、 前記目標符号量算出ステップが、当該領域の入力量子化
   パラメータ値の平均削減符号量と、当該領域の直交変換
   係数領域データの符号量と、に基づいて目標符号量を算
   出し、 前記量子化パラメータ設定ステップが、該目標符号量算
   出ステップで算出された目標符号量に基づいて、前記量
   子化パラメータを設定することを特徴とする動画像圧縮
   符号化信号変換方法。
2. 【請求項２】請求項１記載の動画像圧縮符号化信号変換
   方法において、 前記目標削減符号量算出ステップが、総削減符号量を一
   定にして、総発生歪みが最小となる目標削減符号量を算
   出することを特徴とする動画像圧縮符号化信号変換方
   法。
3. 【請求項３】請求項１記載の動画像圧縮符号化信号変換
   方法において、 前記目標削減符号量算出ステップが、圧縮率の小さい入
   力量子化パラメータを持つ領域データから、圧縮率の大
   きな入力量子化パラメータを持つ領域データよりも、多
   くの符号量を削減するように、各平均削減符号量を算出
   することを特徴とする動画像圧縮符号化信号変換方法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載の動画
   像圧縮符号化信号変換方法において、 前記量子化パラメータ設定ステップが、量子化により符
   号量が、前記目標符号量算出ステップで算出された目標
   符号量に最も近くなる量子化パラメータを設定すること
   を特徴とする動画像圧縮符号化信号変換方法。
5. 【請求項５】第１目標転送速度を有する第１伝送路と、
   前記第１転送速度より低い第２目標転送速度を有する第
   ２伝送路と、の間に介在するとともに、 複数の画面から構成される動画像を圧縮符号化した第１
   画像符号化信号を、前記第１伝送路を介して入力する入
   力手段と、 該入力手段から入力された第１画像符号化信号から領域
   毎に第１量子化係数領域データを可変長復号する可変長
   復号手段と、 前記入力手段から入力された第１画像符号化信号から領
   域毎に入力量子化パラメータを固定長復号する固定長復
   号手段と、 前記可変長復号手段で復号された第１量子化係数領域デ
   ータを、領域毎に前記固定長復号手段で復号された入力
   量子化パラメータを用いて、逆量子化して直交変換係数
   領域データを生成する逆量子化手段と、 該逆量子化手段で生成された直交変換係数領域データの
   圧縮率を決める量子化パラメータを前記各領域毎に設定
   する量子化パラメータ設定手段と、 前記逆量子化手段で生成された直交変換係数領域データ
   を、前記量子化パラメータ設定手段で設定された量子化
   パラメータを用いて各領域毎に量子化して第２量子化係
   数領域データを生成する量子化手段と、 該量子化手段で生成された第２量子化係数領域データを
   可変長符号化して、前記第１画像符号化信号より少ない
   符号量を有する第２画像符号化信号を領域毎に生成する
   可変長符号化手段と、 前記第２伝送路を介して、前記第２画像符号化信号を出
   力する出力手段と、 前記可変長復号手段と、前記固定長復号手段と、前記逆
   量子化手段と、前記量子化パラメータ設定手段と、前記
   量子化手段と、前記可変長符号化手段と、に処理を繰り
   返し実行させる制御手段と、 を備えた動画像圧縮符号化信号変換装置において、 入力された第１画像符号化信号と、生成された第２画像
   符号化信号と、に基づいて目標削減符号量を算出する目
   標削減符号量算出手段と、 該目標削減符号量算出手段で算出された目標削減符号量
   から目標符号量を算出する目標符号量算出手段と、を備
   え、 前記目標削減符号量算出手段が、入力量子化パラメータ
   値ごとに、目標削減符号量となる平均削減符号量を算出
   し、 前記目標符号量算出手段が、当該領域の入力量子化パラ
   メータ値の平均削減符号量と、当該領域の直交変換係数
   領域データの符号量と、に基づいて目標符号量を算出
   し、 前記量子化パラメータ設定手段が、該目標符号量算出手
   段で算出された目標符号量に基づいて、前記量子化パラ
   メータを設定することを特徴とする動画像圧縮符号化信
   号変換装置。
6. 【請求項６】請求項５記載の動画像圧縮符号化信号変換
   装置において、 前記目標削減符号量算出手段が、総削減符号量を一定に
   して、総発生歪みが最小となる目標削減符号量を算出す
   ることを特徴とする動画像圧縮符号化信号変換装置。
7. 【請求項７】請求項５記載の動画像圧縮符号化信号変換
   装置において、 前記目標削減符号量算出手段が、圧縮率の小さい入力量
   子化パラメータを持つ領域データから、圧縮率の大きな
   入力量子化パラメータを持つ領域データよりも、多くの
   符号量を削減するように、各平均削減符号量を算出する
   ことを特徴とする動画像圧縮符号化信号変換装置。
8. 【請求項８】請求項５〜７のいずれか１項に記載の動画
   像圧縮符号化信号変換装置において、 前記量子化パラメータ設定手段が、量子化により符号量
   が、前記目標符号量算出手段で算出された目標符号量に
   最も近くなる量子化パラメータを設定することを特徴と
   する動画像圧縮符号化信号変換装置。
9. 【請求項９】複数の画面から構成される動画像を圧縮符
   号化した第１画像符号化信号を、第１転送速度を有する
   第１伝送路を介して入力する入力ステップと、 該入力ステップで入力された第１画像符号化信号から領
   域毎に第１量子化係数領域データを可変長復号する可変
   長復号ステップと、 前記入力ステップで入力された第１画像符号化信号から
   領域毎に入力量子化パラメータを固定長復号する固定長
   復号ステップと、 前記可変長復号ステップで復号された第１量子化係数領
   域データを、領域毎に前記固定長復号ステップで復号さ
   れた入力量子化パラメータを用いて、逆量子化して直交
   変換係数領域データを生成する逆量子化ステップと、 該逆量子化ステップで生成された直交変換係数領域デー
   タの圧縮率を決める量子化パラメータを前記各領域毎に
   設定する量子化パラメータ設定ステップと、 前記逆量子化ステップで生成された直交変換係数領域デ
   ータを、前記量子化パラメータ設定ステップで設定され
   た量子化パラメータを用いて各領域毎に量子化して第２
   量子化係数領域データを生成する量子化ステップと、 該量子化ステップで生成された第２量子化係数領域デー
   タを可変長符号化して、前記第１画像符号化信号より少
   ない符号量を有する第２画像符号化信号を領域毎に生成
   する可変長符号化ステップと、 前記第１転送速度より低い第２転送速度を有する第２伝
   送路を介して、前記第２画像符号化信号を出力する出力
   ステップと、 前記可変長復号ステップと、前記固定長復号ステップ
   と、前記逆量子化ステップと、前記量子化パラメータ設
   定ステップと、前記量子化ステップと、前記可変長符号
   化ステップと、に処理を繰り返し実行させる制御ステッ
   プと、 を備えた動画像圧縮符号化信号変換プログラムを記録し
   た媒体において、 入力された第１画像符号化信号と、生成された第２画像
   符号化信号と、に基づいて目標削減符号量を算出する目
   標削減符号量算出ステップと、 該目標削減符号量算出ステップで算出された目標削減符
   号量から目標符号量を算出する目標符号量算出ステップ
   と、を備え、 前記目標削減符号量算出ステップが、入力量子化パラメ
   ータ値ごとに、目標削減符号量となる平均削減符号量を
   算出し、 前記目標符号量算出ステップが、当該領域の入力量子化
   パラメータ値の平均削減符号量と、当該領域の直交変換
   係数領域データの符号量と、に基づいて目標符号量を算
   出し、 前記量子化パラメータ設定ステップが、該目標符号量算
   出ステップで算出された目標符号量に基づいて、前記量
   子化パラメータを設定することを特徴とする動画像圧縮
   符号化信号変換プログラムを記録した媒体。
10. 【請求項１０】請求項９記載の動画像圧縮符号化信号変
    換プログラムを記録した媒体において、 前記目標削減符号量算出ステップが、総削減符号量を一
    定にして、総発生歪みが最小となる目標削減符号量を算
    出することを特徴とする動画像圧縮符号化信号変換プロ
    グラムを記録した媒体。
11. 【請求項１１】請求項９記載の動画像圧縮符号化信号変
    換プログラムを記録した媒体において、 前記目標削減符号量算出ステップが、圧縮率の小さい入
    力量子化パラメータを持つ領域データから、圧縮率の大
    きな入力量子化パラメータを持つ領域データよりも、多
    くの符号量を削減するように、各平均削減符号量を算出
    することを特徴とする動画像圧縮符号化信号変換プログ
    ラムを記録した媒体。
12. 【請求項１２】請求項９〜１１のいずれか１項に記載の
    動画像圧縮符号化信号変換プログラムを記録した媒体に
    おいて、 前記量子化パラメータ設定ステップが、量子化により符
    号量が、前記目標符号量算出ステップで算出された目標
    符号量に最も近くなる量子化パラメータを設定すること
    を特徴とする動画像圧縮符号化信号変換プログラムを記
    録した媒体。