JP2001245296A - 映像符号化装置及び映像符号化方法 - Google Patents

映像符号化装置及び映像符号化方法

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JP2001245296A
JP2001245296A JP2000052457A JP2000052457A JP2001245296A JP 2001245296 A JP2001245296 A JP 2001245296A JP 2000052457 A JP2000052457 A JP 2000052457A JP 2000052457 A JP2000052457 A JP 2000052457A JP 2001245296 A JP2001245296 A JP 2001245296A
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    • H04N21/23611—Insertion of stuffing data into a multiplex stream, e.g. to obtain a constant bitrate

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 可変長符号化処理前に符号化すべきデータに
対してスタッフィング量を推定し、スタッフィングを挿
入して符号化することが可能な映像符号化装置を提供す
るにある。 【解決手段】映像符号化装置においては、ある単位の映
像信号をマクロブロック毎にＤＣＴ変換し、量子化して
マクロブロック情報を生成する信号処理部１０を備えて
いる。このマクロブロック情報は、ＭＰＥＧ規格に従っ
てシンタックス生成部１２でシンタックスが生成されて
可変長符号化処理部１３で符号化される。符号化前のマ
クロ情報の量子化ＤＣＴ係数がカウント部２１でカウン
トされ、また、符号化した後の符号量がカウント部１４
でカウントされる。両符号量の累積値からマクロブロッ
ク情報が符号化された後の発生符号量が推定部１４で推
定される。この推定発生符号量と発生符号量が比較され
てスタッフィング量が算出部１７で算出され、シンタッ
クス生成部１２がシンタックスを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、ディジタル動画
像の信号を符号化する映像符号化装置に係り、特に、デ
ィジタル動画像等の映像信号を所定の符号化方式で信号
処理する際に信号処理されたビットストリームに所定の
スタッフィングビットを挿入する映像符号化装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ビデオ信号、即ち、映像信号を
符号化する映像符号化装置では、映像信号を所定の方式
で符号化して所定の符号量を有する単位に区分され、こ
の単位を有するビットストリームが出力しなければなら
ないとされている。即ち、ビデオストリームを受ける受
信側のバッファにおいて、オーバーフロー、或いは、ア
ンダーフローが生じないようにするために、ビデオスト
リームの出力側の符号化装置においては、そのビデオス
トリームの符号量が制御されることが要求されている。
このオーバーフローを防ぐ一般的な方法としては、量子
化パラメータの制御及び符号化フレームの制御等があ
り、これらの制御によって符号量が所定の符号量に調整
されている。また、アンダーフローを防ぐ方法として
は、スタッフィングを挿入する方法がある。この方法で
は、受信側における復号処理では捨て去られる冗長ビッ
トがスタッフィングとしてビットストリームの所定の箇
所に挿入される。尚、スタッフィング自体は、挿入を意
味し、スタッフィングの挿入は、正確にはスタッフィン
グビットの挿入を意味している。（単に省略してスタッ
フィングの挿入と表現されることもある。） 映像信号符号化方式として近年ＭＰＥＧ-４が提案さ
れ、実用化されつつある。このＭＰＥＧ-４の規格にお
いては、一例としてマクロブロック（Macro-block）単
位でスタッフィングが挿入される。（このマクロブロッ
ク単位で挿入されたスタッフィングは、ＭＢスタッフィ
ングと称せられる。）ＭＢスタッフィングであれば、マ
クロブロックＭＢの符号化方法が特定され、その符号化
方法は、ＭＢタイプとして定義される。ＭＢタイプで
は、イントラ（Ｉｎｔｒａ）、或いは、インター（Ｉｎ
ｔｅｒ）、差分量子化スケール（ＤＱｕａｎｔ）の有無
を表すＭＢタイプが現れるまで何個でも繰り返しスタッ
フィングビットを挿入することができる。尚、挿入する
スタッフィングビットの１単位は、９ビットの符号列に
定められている。
【０００３】前述したように、スタッフィングは、アン
ダーフローを防ぐための方法であり、通常、ビットスト
リーム中でマクロブロック（ＭＢ）毎に不足している符
号量が求められ、その符号量に相当するＭＢスタッフィ
ングが実施される。即ち、映像信号が所定の方式で信号
処理され、この信号処理された信号が可変長符号化処理
され、可変長符号化処理された信号の発生符号量が所定
の符号量に達していない場合において、スタッフィング
が実行される。このスタッフィングにおいて、挿入すべ
き符号量は、その不足している符号量が求められ、その
符号量に対応するスタッフィングがなされる。
【０００４】ＭＢ情報が可変長符号化された後、ビット
ストリームにマクロブロック（ＭＢ）スタッフィングを
挿入するには、可変長符号化処理されたマクロブロック
ＭＢ毎にスタッフィングを挿入する方法が考えられる。
このため、ビットストリームを送信する送信バッファの
前段にスタッフィングを挿入するための装置を追加する
ことが必要とされる。この追加する装置としては、例え
ば、ＭＢスタッフィングを有しないビットストリームを
一時的に格納するバッファ、或いは、ビットストリーム
中にＭＢスタッフィングを挿入可能なようにその挿入箇
所を示す装置が予想される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ビットストリーム中に
ＭＢスタッフィングを挿入するには、バッファとしての
メモリが必要され、この装置の消費電力が大きくなる問
題点がある。また、追加する装置を必要とすることか
ら、回路が大きくなり、消費電力も増大し、信号処理に
遅延が生じる虞がある問題がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明は、上述した事
情に鑑みなされたものであって、その目的は、可変長符
号化処理前に符号化すべきデータに対してスタッフィン
グ量を推定し、この符号化すべきデータにスタッフィン
グを挿入して符号化することが可能な映像符号化装置及
び映像符号化方法を提供するにある。
【０００７】また、この発明の目的は、符号化すべきデ
ータにスタッフィングが挿入された後に可変長符号化処
理がなされることで、回路を増やすことなく、また、遅
延を生じさせることなく、所定のビットストリームを出
力することができる映像符号化装置及び映像符号化方法
を提供するにある。
【０００８】この発明によれば、ある単位の映像信号を
この映像信号を構成するブロック毎に直交変換し、量子
化してブロック情報生成する信号処理手段と、このブロ
ック情報を一定の方式に従って統合して統合情報を生成
する統合手段と、この統合情報のブロック情報に対して
ブロック情報毎に可変長符号化する符号化手段と、から
構成される映像符号化装置において、前記統合されたブ
ロック情報から可変長符号化後の発生符号量を推定して
ブロク毎に挿入すべきスタッフィングビットを算出する
推定算出手段を具備し、前記統合手段においてこの算出
されたスタッフィングビットを統合情報の所定の箇所に
挿入させ、前記符号化手段にこのスタッフィングビット
が付加されたブロック情報を可変長符号化させることを
特徴とする映像符号化装置が提供される。
【０００９】この発明によれば、上述した発明におい
て、前記推定算出手段は、前記信号処理手段から出力さ
れる符号化前ブロック情報に含まれる量子化ＤＣＴ係数
をカウントする第１のカウント手段と、前記符号化手段
から出力される符号化された符号列の発生符号量をカウ
ントする第２のカウント手段と、第１及び第２のカウン
ト手段からの出力に基づいて前記ブロック情報を符号化
した際のブロック情報の平均符号語長を算出する平均符
号語長算出手段と、前記信号処理手段から前記統合手段
に入力されるあるブロック情報が符号化された際の発生
符号量の推定する推定手段と、を更に具備することを特
徴とする映像符号化装置が提供される。
【００１０】また、この発明によれば、上述した発明に
おいて、前記推定手段は、（平均符号語長）×（量子化
ＤＣＴ係数の総数）の推定式を基に発生符号量を推定す
ることを特徴とする映像符号化装置が提供される。
【００１１】更に、この発明によれば、上述した発明に
おいて、前記平均符号語長算出手段は、前記第２カウン
ト手段からの可変長符号化後の累積発生符号量及び前記
第２カウント手段からの前記統合情報内のブロック情報
の量子化ＤＣＴ係数の総数から（累積発生符号量）／
（量子化ＤＣＴ係数の累積数）に基づいて平均符号語長
を算出することを特徴とする映像符号化装置が提供され
る。
【００１２】更にまた、この発明によれば、上述した発
明において、前記推定算出手段は、前記推定された発生
符号量と前記第２のカウント手段でカウントされた符号
量を累積した符号化累積数を比較してスタッフィング量
を決定するスタッフィング算出部を更に具備することを
特徴とする映像符号化装置が提供される。
【００１３】また、更にこの発明によれば、ある単位の
映像信号をこの映像信号を構成するブロック毎に直交変
換し、量子化してブロック情報生成する信号処理工程
と、このブロック情報を一定の方式に従って統合して統
合情報を生成する統合工程と、この統合情報のブロック
情報に対してブロック情報毎に可変長符号化する符号化
工程と、から構成される映像符号化方法において、前記
統合されたブロック情報から可変長符号化後の発生符号
量を推定してブロク毎に挿入すべきスタッフィングビッ
トを算出する推定算出工程を具備し、前記統合工程にお
いてこの算出されたスタッフィングビットを統合情報の
所定の箇所に挿入させ、前記符号化工程において、この
スタッフィングビットが付加されたブロック情報を可変
長符号化させることを特徴とする映像符号化方法が提供
される。
【００１４】この発明においては、バッファアンダーフ
ローを防ぐために行うスタッフィングに関して、新たに
追加する回路および処理が極力少ないので、消費電力も
抑えられ、リアルタイム性も保つことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照してこの発明の
一実施例に係る映像符号化装置を説明する。
【００１６】図１には、この発明の一実施例に係る映像
信号、即ち、ビデオ信号を可変長符号化する映像符号化
装置のブロック図が示されている。この図１に示される
装置は、この装置内の各部を制御する装置制御部２０及
びビデオオブジェクトプレーン（ＶＯＰ）の単位で、付
帯的には、フレーム或いはフィールド単位で入力される
ディジタル化映像信号を所定の映像信号圧縮方式（ＭＰ
ＥＧ-４方式、或いは、ＩＴＵ−Ｔ勧告のＨ.２６３方
式、又は、これらを変更した方式）に従って所定のブロ
ック、即ち、マクロブロックＭＣに分割し、マクロブロ
ックを信号処理して圧縮する信号処理部１０を備えてい
る。
【００１７】この信号処理部１０は、図２に示されるよ
うに量子化ＤＣＴ係数（Discrete Cosine Transform：
離散コサイン変換）部２４及び量子化部２５を含んでい
る。制御装置２０の制御に従って入力されたディジタル
化映像信号は、ＤＣＴ部２４において、フレーム或いは
フィールドの最小単位であるマクロブロックＭＣ毎に直
交変換、即ち、ＤＣＴ演算され、得られたＤＣＴ係数が
量子化部２５においてＤＣ（直流）成分及びＡＣ（交
流）成分毎に独立して量子化され、量子化されたＤＣＴ
係数は、テクスチャ（量子化ＤＣＴ係数）として図１に
示されるシンタックス生成部１２に出力される。
【００１８】図２に示される信号処理部１０は、更に量
子化されたビットストリームを逆量子化する逆量子化部
２６、逆量子化されたＤＣＴ係数を逆ＤＣＴ変換する逆
ＤＣＴ部２７及びマクロブロック単位で次のフレームと
比較する動き補償部、即ち、ＭＣ（Motion Compensatio
n）部２９から構成されている。この信号処理部１０に
おいては、ＤＣＴ係数が逆ＤＣＴ変換されて符号２８で
示すように復号化画像が再現され、この復号化画像が次
に入力されるフレーム或いはフィールドとマクロブロッ
ク単位でＭＣ部２９において比較され、その両者の比較
から動きベクトル及び予測参照画像がこのＭＣ部２９か
ら出力される。動きベクトルは、テクスチャ（量子化Ｄ
ＣＴ係数）と同様に図１に示されるシンタックス生成部
１２に出力される。また、予測参照画像は、ＤＣＴ変換
される前に次のフレーム画像と比較されてその差分がＤ
ＣＴ部２４においてＤＣＴ変換され、ＤＣＴ係数が量子
化されてマクロブロック毎にシンタックス生成部１２に
出力される。
【００１９】シンタックス生成部１２においては、入力
されたテクスチャ（量子化ＤＣＴ係数）及び動きベクト
ルを含むマクロブロック（ＭＢ）情報及び後に説明する
スタッフィング量から、ＭＰＥＧ-４の規格に基づく符
号化モードに従ったシンタックスが生成され、このシン
タックスが可変長符号化部１３に入力される。尚、この
符号化モードの制御は装置制御部２０で設定される。
【００２０】シンタックス生成部１２からのシンタック
スは、可変長符号化処理部１３において、順次可変長符
号化され、可変長符号化されたビットストリームは、送
信バッファ２２に与えられ、装置制御部１０で設定され
た目標ビットレートに従って送信される。
【００２１】図１に示される映像符号化装置は、更に量
子化ＤＣＴ（離散コサイン変換）係数カウント部２１、
可変長符号化処理部１３、発生符号量カウント部１４、
平均符号語長算出部１５、発生符号量推定部１６及びス
タッフィング量算出部１７を備えている。尚、装置制御
部２０は、これらの各部を制御すると共に装置に入力さ
れる映像信号を制御し、装置が出力すべきビットストリ
ームを制御している。ここで、ビットストリームの制御
とは、目標となる発生符号量（目標ビットレート）或い
はフレーム数（目標フレームレート）の設定、レート制
御或いは誤り耐性などの符号化モードの設定等を含んで
いる。
【００２２】可変長符号化部１３の出力は、発生符号量
カウント部１６に与えられ、この発生符号量カウント部
１６において、その符号量がカウントされ、そのカウン
ト値がスタッフィング量算出部１７及び平均符号語長算
出部１５に与えられる。
【００２３】量子化ＤＣＴ係数カウント部２１には、信
号処理部１０で生成されたＭＢ情報に含まれる量子化Ｄ
ＣＴ係数がカウントされ、そのカウント値が平均符号語
長算出部１５及び発生符号量推定部１６に与えられる。
【００２４】平均符号語長算出部１５は、量子化ＤＣＴ
係数カウント部２１でカウントされた量子化ＤＣＴ係数
の累積数と発生符号量カウント部１４でカウントされた
符号量の累積数から、量子化ＤＣＴ係数の平均符号語長
Ｌを算出し、この平均符号語長Ｌを符号量推定部１６に
与えている。累積発生符号量をＣsum、量子化ＤＣＴ係
数の累積数をＮsumとすると、平均符号語長Ｌは、Ｃsum
／Ｎsumとなる。ここで、平均符号語長として可変値で
はなく固定値を用いても良い。例えば、平均符号語長と
して固定値Ｌ＝８に定めても良い。また、累積数は、あ
るフレームの入力開始からその内の該当するマクロブロ
ックの処理までの発生符号量或いは量子化ＤＣＴ係数の
総数に相当している。
【００２５】発生符号量推定部１６は、図３に示すよう
に量子化ＤＣＴ係数カウント部２１でカウントされるあ
るマクロブロックの量子化ＤＣＴ係数Ｎcoefと、平均符
号語長算出部１６で算出される量子化ＤＣＴ係数の平均
符号語長Ｌから、当該マクロブロックに関して可変長符
号化処理部１３で発生されると予想される符号量の推定
値を算出している。可変長符号化処理部１３において、
シンタックス生成部からのシンタック出力が可変長符号
化処理される前にこの推定値が算出される。
【００２６】推定発生符号量Ｅ(x)は、 Ｅ(x)＝Ｎcoef×Ｌ となる。ここで、xは、ビデオオブジェクトプレーン
（ＶＯＰ：ＶｉｄｅｏＯｂｊｅｃｔ Ｐｌａｎｅ）、即
ち、フレーム或いはフィールド内でのマクロブロックＭ
Ｂの番号を示す正の整数とする。
【００２７】スタッフィング量算出部１７は、装置制御
部１０で設定される目標となる発生符号量（目標ビット
レート）Ｔbr、フレーム数（目標フレームレート）Ｔf
r、信号処理部１１で得られる１フレーム内における信
号処理済のマクロブロック（ＭＢ）数Ｎmb(x)から、目
標発生符号量Ｔcode(x)を算出している。ここで、予め
定まっている１ＶＯＰ当たりのマクロブロック（ＭＢ）
の総数をＮvopとすると、目標発生符号量Ｔcode(x)は、 Ｔcode(x)＝（Ｔbr／Ｔfr）×（Ｎmb(x)／Ｎvop） となる。ここで、（Ｔbr／Ｔfr）は、１フレーム当たり
の目標ビットレート、即ち、１ビデオオブジェクトプレ
ーン内における目標符号量である。また、（Ｎmb(x)／
Ｎvop）は、１ビデオオブジェクトプレーン内における
全体のマクロブロック数に対する信号済マクロブロック
数の割合である。この目標発生符号量Ｔcode(x)は、上
記式から明らかなように信号処理の対象とされるｘ番目
マクロブロックが符号化された後に１ビデオオブジェク
トプレーン内において累積的に発生されるべき目標とす
る符号量として定義される。
【００２８】この目標発生符号量Ｔcode (x)と発生符号
量カウント部１４で得られる可変長符号化済のマクロブ
ロックＭＢの発生符号量Ｃ(x)を用いて、現在符号化し
ているマクロブロックＭＢ（以下、符号化ＭＢと呼ぶ）
の目標発生符号量Ｔmb(x)が
【００２９】
【数１】
【００３０】で算出される。ただし、Ｃ(0)＝０。
【００３１】この目標発生符号量Ｔmb(x)と発生符号量
推定部１６で得られる推定発生符号量Ｅ(x)から予測、
即ち、推定される不足符号量Ｓ(x)が以下の通りに算出
される。
【００３２】（１）推定発生符号量Ｔmb(x)が目標発生
符号量Ｅ(x)より小さいとき、 Ｓ(x)＝Ｔmb(x)−Ｅ(x) if Ｔmb(x)＞Ｅ(x) とする。
【００３３】（２）他方、推定発生符号量Ｔmb(x)が目
標発生符号量Ｅ(x)より大きい場合、 Ｓ(x)＝０ if Ｔmb(x)＜＝Ｅ(x) とする。このＳ(x)がスタッフィング量となり、この値
をシンタックス生成部２に与えられる。尚、このスタッ
フィング量は、９ビットを１単位としてその整数倍に定
められる。
【００３４】図１に示された映像符号化装置における動
作について図３から図８を参照して説明する。
【００３５】信号処理部１０には、図８（ａ）に示すよ
うにビデオオブジェクトプレーン内の画像信号が矢印で
示すように順次入力される。この信号処理部１０に映像
信号が与えられると、映像信号は、信号処理部１０にお
いて、図６（ｄ）及び図７（ｄ）に示すようにマクロブ
ロック単位で信号処理されてテクスチャ（量子化ＤＣＴ
係数）及び動きベクトルを含むマクロブロック情報が生
成される。テクスチャ（量子化ＤＣＴ係数）のＤＣＴ係
数がＤＣＴ係数カウント部２１でカウントされて符号量
が算出される。ＤＣＴ係数カウント部２１でカウントさ
れた符号量の累積値が量子化ＤＣＴ係数の累積数Ｎsum
として平均符号語長算出部１５に与えられる。また、マ
クロブロック情報を基にしてシンタック生成部１２でシ
ンタックが生成され、このシンタックが可変長符号化部
１３で可変長符号化される。この符号化されたビットス
トリームの符号量が発生符号量カウント部１４でカウン
トされ、発生符号量の累積値が累積発生符号量Ｃsumと
して同様に平均符号語長算出部１５に与えられる。この
累積発生符号量Ｃsumは、図８（ｂ）に示すビデオオブ
ジェクトプレーン内において斜線で示す領域のマクロブ
ロックを可変長符号化後に発生される発生符号量の総数
に相当する。
【００３６】平均符号語長算出部１５において、与えら
れた累積発生符号量Ｃsum及び量子化ＤＣＴ係数の累積
数Ｎsumから、平均符号語長Ｌ（Ｌ＝Ｃsum／Ｎsum）が
算出される。この平均符号語長Ｌは、発生符号量推定部
１６に与えられる。ここで、発生符号量推定部１６に
は、マクロブロック毎のＤＣＴ係数Ｎcoefが量子化ＤＣ
Ｔ係数カウント部２１から次々と与えられることから、
図３に示すように推定発生符号量Ｅ(x)（Ｅ(x)＝Ｎcoef
×Ｌ）が求められる。
【００３７】推定発生符号量Ｅ(x)は、スタッフィング
量算出部１７に与えられる。このスタッフィング量算出
部１７には、装置制御部２０から図４のステップＳ４１
及びＳ４２で示すように目標ビットレートＴbr及び目標
フレームレートＴfr並びに１オブジェクトプレーンＶＯ
Ｐ当たりのマクロブロック（ＭＢ）の総数をＮvopが与
えられ、また、図４のステップＳ４４に示すように信号
処理部１０から１オブジェクトプレーンＶＯＰ内におけ
る信号処理済のマクロブロック（ＭＢ）数Ｎmb(x)が与
えられている。従って、ステップＳ４３に示すように１
ビデオオブジェクトプレーン内における目標符号量（Ｔ
br／Ｔfr）が求められ、ステップＳ４５に示すように１
ビデオオブジェクトプレーン内における信号処理済マク
ロブロック（ＭＢ）率（Ｎmb(x)／Ｎvop）が求められ
る。ステップＳ４７に示すようにこの目標符号量（Ｔbr
／Ｔfr）及び信号処理済マクロブロック（ＭＢ）率（Ｎ
mb(x)／Ｎvop）から次式で定められる信号処理済みのマ
クロブロックの目標発生符号量Ｔcode(x)が求められ
る。
【００３８】 Ｔcode(x)＝（Ｔbr／Ｔfr）×（Ｎmb(x)／Ｎvop） この目標発生符号量Ｔcode(x)は、ｘ番目のマクロブロ
ックを可変長符号化処理部１３で符号化する場合、ｘ番
目のマクロブロックまでに発生される、符号化している
ビデオオブジェクトプレーンＶＯＰにおける目標とする
総符号量に該当する。
【００３９】図５のステップ５１に示すようにこの目標
発生符号量Ｔcode(x)が定まると、発生符号量カウント
部１４から与えられる可変長符号化済のマクロブロック
ＭＢの発生符号量Ｃ(x)と比較され、図８（ｂ）に示す
ようにその差に相当する現在符号化しているｘ番目のマ
クロブロック（ＭＢ）の目標とする発生符号量Ｔmb(x)
が求められる。
【００４０】また、ステップＳ５４及びステップＳ５６
に示すように算出された平均符号長Ｌ及び符号化マクロ
ブロックの量子化ＤＣＴ係数の総数Ｎcoefからステップ
Ｓ５５に示すように符号化されたマクロブロックの推定
符号量Ｅ（ｘ）が演算される。ステップＳ５７で示すよ
うにこの発生符号量Ｔmb(x)と推定符号量Ｅ（ｘ）とが
比較され、推定発生符号量が目標発生符号量より小さい
ときには、ステップＳ５８に示すようにその差がスタッ
フィングすべき量Ｓ(x)として設定される。この場合、
その量Ｓ(x)を基準にスタッフィングが図６（ｂ）に示
すようにマクロブロック情報毎にマクロブロックタイプ
（ＭＢタイプ）として挿入され、そのマクロブロック情
報が図６に示すように可変長符号化処理部で可変長符号
化され、送信バッファに出力される。これに対して、ス
テップＳ５９に示すように、推定発生符号量Ｔmb(x)が
目標発生符号量Ｅ(x)より大きい場合には、図７に示す
ようにスタッフィングが挿入されることなく、図７に示
すようにマクロブロック情報が可変長符号化される。
【００４１】図６は、マクロブロックにスタッフィング
が挿入されたマクロブロックデータの構造を示し、図７
は、マクロブロックにスタッフィングが挿入されていな
いマクロブロックデータの構造を示している。マクロブ
ロックデータには、可変長符号化されたマクロブロック
情報が複数個連続して配置され、図６に示すようにスタ
ッフィング、動きベクトル（ＭＶ）及びテクスチャ（量
子化ＤＣＴ係数）の順序で各マクロブロック情報が構成
されている。これに対して、図７に示す構造では、スタ
ッフィングが不要とされたことから、各マクロブロック
情報には、動きベクトル（ＭＶ）及びテクスチャ（量子
化ＤＣＴ係数）のみが配置されている。
【００４２】尚、１オブジェクトプレーン内の全てのマ
クロブロックが可変長符号化された後に、量子化ＤＣＴ
係数カウント部２１及び発生符号量カウント部１４がク
リアされ、再び次のビデオオブジェクトプレーンの為の
上述した処理が開始される。
【００４３】上述した実施例においては、マクロブロッ
ク（ＭＢ）単位で随時スタッフィングを挿入する方法を
示したが、すべてのマクロブロック（ＭＢ）に対してス
タッフィングするか否かを決定してスタッフィングの必
要がある毎にマクロブロックにスタッフィングを挿入し
なくとも良い。例えば、ある時点まで符号化信号量の総
数を計測し、ビデオオブジェクトプレーン（ＶＯＰ）の
最後列、或いは、最後のマクロブロックＭＢに対しての
みスタッフィングが上述の方法で挿入されても良い。
【００４４】また、上述した実施例においては、マクロ
ブロック（ＭＢ）単位でスタッフィングする方法を示し
たが、ＭＰＥＧ-４で規定されているビデオパケット
（ＶＰ：Ｖｉｄｅｏ Ｐａｃｋｅｔ）単位でスタッフィ
ングがなされても良い。ビデオパケットＶＰは、まとめ
て符号化する隣接するＭＢを少なくとも１つ含んでい
る。ビデオパケットＶＰ単位でスタッフィングを行う場
合、発生符号量もビデオパケットＶＰ単位で推定するこ
とになる。ビデオパケットＶＰ単位で発生符号量を推定
すると、推定精度は少し落ちるが、推定回数が減り、全
体の処理量が減るためリアルタイム処理に有効である。
また、後記データ・パーティシショニングモード（Ｄａ
ｔａ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｍｏｄｅ）の符号化
では、ビデオパケットＶＰ単位に可変長符号化処理を行
うので特に有効である。具体的な変更は、上記で設定し
たＭＢ番号xをＶＰ番号xとし、符号化ＭＢの目標発生符
号量Ｔmb(x)を符号化ＶＰの目標発生符号量Ｔvp(x)とす
る。推定に関する計算はすべて同一である。
【００４５】以下、ＶＰ単位のスタッフィングの方法を
ＭＢ単位のときと変更がある箇所、発生符号量推定部１
６とスタッフィング量算出部１７の動作について説明す
る。
【００４６】発生符号量推定部１６は、図９のステップ
Ｓ９６で示される量子化ＤＣＴ係数カウント部２１で得
られる数Ｎcoef(j)（ビデオパケットＶＰ内のすべての
マクロブロックＭＢの量子化ＤＣＴ係数の総数）と、図
９のステップＳ９４で示される平均符号語長算出部１６
で算出される量子化ＤＣＴ係数の平均符号語長Ｌから、
図９のステップＳ９５で示されるように可変長符号化処
理部１３で発生される符号量の推定値Ｅ（ｘ）が可変長
符号化処理前に算出される。
【００４７】ビデオパケットＶＰ番号ｊのＶＰの推定発
生符号量Ｅ(j)は、 Ｅ(j)＝Ｎcoef(j)×Ｌ となる。ただし、jは、ビデオオブジェクトプレーン
（ＶＯＰ：ＶｉｄｅｏＯｂｊｅｃｔ Ｐｌａｎｅ）内で
のビデオパケットＶＰの番号を示す正の整数とする。ｘ
（ｊ）は番号ｊのビデオパケットＶＰに含まれる最後の
マクロブロックＭＢの番号を示す正の整数とする。
【００４８】スタッフィング量算出部１７は、装置制御
部２０で設定される目標ビットレートＴbr、目標フレー
ムレートＴfr、信号処理部１０で得られる信号処理済の
ＭＢ数Ｎmb(x(j))から、図９のステップＳ９１に示すよ
うに目標発生符号量Ｔcode(x(j))を算出する。ここで、
１ＶＯＰあたりの総マクロブロック（ＭＢ）数をＮvop
とすると、目標発生符号量Ｔcode(x(j))は Ｔcode(x(j))＝（Ｔbr／Ｔfr）×（Ｎmb(x(j))／Ｎvo
p） となる。
【００４９】このＴcode(x(j))と図９のステップＳ９２
に示される発生符号量カウント部１４で得られる可変長
符号化済のＶＰの発生符号量Ｃ(j)を用いて、ステップ
Ｓ９３に示されるように現在符号化しているビデオパケ
ットＶＰ（以下、符号化ＶＰと呼ぶ）の目標発生符号量
Ｔvp(x(j))が と算出される。ただし、Ｃ(0)＝０。
【００５０】この符号化ビデオパケットＶＰの目標発生
符号量Ｔvp(j)と発生符号量推定部１６で得られる推定
発生符号量Ｅ(j)からステップＳ９７に示されるように
予測、即ち、推定される不足符号量Ｓ(j)が以下の通り
算出される。
【００５１】推定発生符号量が目標発生符号量より小さ
いとき、 Ｓ(j)＝Ｔvp(j)−Ｅ(j) if Ｔvp(j)＞Ｅ(j) とする。他方、推定発生符号量が目標発生符号量より大
きい場合、ステップＳ９７に示すように Ｓ(j)＝０ if Ｔvp(j)＜＝Ｅ(j) とする。このＳ(j)がスタッフィング量となり、この値
をシンタックス生成部２へと与える。
【００５２】ここで、映像信号符号化方式ＭＰＥＧ-４
においては、ステップＳ９８に示されるようにビデオパ
ケットＶＰのサイズに上限がある。そのため、この不足
符号量Ｓ(j)を制限なしにスタッフィングとして挿入す
ると、ビデオパケットＶＰのサイズの上限を超えてしま
うことがある。そこで、ビデオパケットＶＰのサイズの
上限値ＶＰmaxをもとに目標ビデオパケットＶＰのサイ
ズＶＰtarget（＜ＶＰmax）を装置制御部２０で設定す
る。この目標ビデオパケットＶＰのサイズは、ステップ
Ｓ９９に示されるようにビデオパケットＶＰのサイズの
上限値ＶＰmaxより小さく、かつ発生符号量の推定精度
にもよるが、推定誤差を考慮した数値、例えば、上限値
の半分に設定される。
【００５３】これらを考慮して、ステップＳ９９に示す
ようにビデオパケットＶＰ単位に符号化を行う場合のス
タッフィング量は、前記不足符号量Ｓ(j)と前記推定発
生符号量Ｅ(j)の和が目標ＶＰサイズがＶＰtargetを超
えないようにしている。つまり符号化ＶＰの目標発生符
号量Ｔvp(j)と目標ＶＰサイズＶＰtargetを比較して、
小さい値から符号化ＶＰの推定発生符号量Ｅ(j)を減算
した値をスタッフィング量Ｓ(j)とする。このスタッフ
ィング量Ｓ(j)をシンタックス生成部２１に与えてい
る。
【００５４】Ｓ(j)＝Ｓ(j) if Ｔvp(j)＜＝ＶＰtarget Ｓ(j)＝ＶＰtarget−Ｅ(j) if Ｔvp(j)＞ＶＰtarget、且つ、 ＶＰtarget＞Ｅ(j) Ｓ(j)＝０ if ＶＰtarget＜＝Ｅ
(j) 即ち、ステップＳ１０１に示すように目標ＶＰサイズが
ＶＰtargetを超えない場合には、スタッフィング量Ｓ
(j)は、目標ＶＰサイズとＶＰtargetとの差に定められ
る。また、ステップＳ１００に示すように目標ＶＰサイ
ズがＶＰtargetを超え、しかも、推定発生符号量Ｅ(j)
がＶＰtargetよりも小さい場合には、スタッフィング量
Ｓ(j)は、目標ＶＰサイズと推定発生符号量Ｅ(j)との差
に定められる。また、目標ＶＰサイズがＶＰtargetを超
え、しかも、推定発生符号量Ｅ(j)がＶＰtargetよりも
小さい場合には、スタッフィング量Ｓ(j)は、ゼロとし
てスタッフィングが与えられないこととなる。
【００５５】上述したスタッフィング量を決定する方法
は、データパーティショニング（Ｄａｔａ Ｐａｒｔｉ
ｔｉｏｎｉｎｇ）モードにおける符号化方法についても
同様に適用することができる。
【００５６】図１０は、データパティショニング（Ｄａ
ｔａ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）モードにおけるのビ
ットストリームを示している。データパーティショニン
グ（Ｄａｔａ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）モードの符
号化とは、図１０（ｄ）に示すような１つ以上のマクロ
ブロックＭＢのマクロブロック（ＭＢ）情報（動きベク
トルやテクスチャ（量子化ＤＣＴ係数））を １．（ＭＢタイプ及び動きベクトル） ２．（テクスチャ） とに統合して、図１０（ｃ）に示すように可変長符号化
する方法である。上記１と２は、図１０（ｂ）に示すよ
うにモーションマーカー（Ｍｏｔｉｏｎ Ｍａｒｋｅ
ｒ）を挿入し分割される。前記の通りスタッフィングビ
ットは、マクロブロック（ＭＢ）タイプの位置に挿入さ
れる。ビデオパケットＶＰは、図１０（ａ）に示すよう
に互いに再同期マーカー（Ｒｅｓｙｎｃ Ｍａｒｋｅ
ｒ）により区切られている。このようなデータパティシ
ョニング（Ｄａｔａ Ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ）モー
ドにおけるのビットストリームの構造においても同様に
上述した方法を適用して図１０（ｂ）に示すＭＢスタッ
フィングの符号量が決定される。
【００５７】尚、図１０（ａ）に示すように、パケット
のヘッダには、再同期マーカー、マクロブロック番号、
量子化スケール及びＨＥＣ（Header Extension Code）
等が記述され、これに続いてマクロブロックデータが配
置されている。
【００５８】
【発明の効果】上述したように、この発明によれば、可
変長符号化処理前にスタッフィング量が推定され、スタ
ッフィングがなされてから可変長符号化処理がなされる
ことで、回路を増やすことなく、また遅延も生じること
なく、所定のビットストリームを出力することができ
る。したがって、ビットストリームの再構成のために、
新たなメモリが必要となる問題、或いは、処理量が増加
することにより遅延が生じ、リアルタイム性を損なう問
題を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例に係る映像符号化装置の構
成を示すブロック図である。
【図２】図１に示した信号処理部１０の構成を示すブロ
ック図である。
【図３】図１に示された発生符号量推定部における処理
を示す機能ブロック図である。
【図４】図１に示したスタッフィング量算出部１７にお
いて、目標ビットレートＴbr、目標フレームレートＴfr
及び信号処理部１０で処理された信号処理済のマクロブ
ロック（ＭＢ）数Ｎmb(x)から目標発生符号量Ｔcode(x)
を算出する過程を示すフローチャートである。
【図５】図１に示したスタッフィング量算出部１７にお
いて、図１に示された発生符号量カウント部１４でカウ
ントされた可変長符号化済のマクロブロック（ＭＢ）の
発生符号量Ｃ(x)、図４に示された処理で求められた目
標発生符号量Ｔcode(x)、図３に示した処理で算出され
た推定発生符号量Ｅ(x)からスタッフィング量Ｓ(x)を求
める過程を示すフローチャートである。
【図６】スタッフィングが挿入される場合におけるマク
ロブロック情報を符号化して図１に示される装置から出
力されるビットストリームに変換する過程及びマクロブ
ロックのデータを含むビットストリームの構造を示す説
明図である。
【図７】スタッフィングが挿入されない場合におけるマ
クロブロック情報を符号化して図１に示される装置から
出力されるビットストリームに変換する過程及びマクロ
ブロックのデータを含むビットストリームの構造を示す
説明図である。
【図８】ビデオオブジェクトプレーンの符号化順序を説
明する平面図及び符号化済みマクロブロックと符号化マ
クロブロックとの関係を示す平面図である。
【図９】この発明の変形実施例に係るスタッフィング量
を求める過程を示すフローチャートであって、図１に示
したスタッフィング量算出部において、発生符号量カウ
ント部１４でカウントされた可変長符号化済のマクロブ
ロック（ＭＢ）の発生符号量Ｃ(x)、図４に示された処
理と同様の処理で求められる符号化ビデオパケットの目
標符号量Ｔcode(x)、図３に示した処理と同様の処理で
算出された符号化ビデオパケットの推定符号量Ｅ(x)か
らビデオパケットに挿入されるスタッフィング量Ｓ(x)
を求める過程を示すフローチャートである。
【図１０】この発明の変形実施例に係る図１に示される
システムから出力されるデータパティショニングモード
におけるのビットストリームにスタッフィングが挿入さ
れている場合のデータ構造を示す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・信号処理部 １２・・・シンタックス生成部 １３・・・可変長符号化処理部 １４・・・発生符号量カウント部 １５・・・平均符号語長算出部 １６・・・発生符号量推定部 １７・・・スタッフィング量算出部 ２１・・・量子化ＤＣＴ係数カウント部 ２２・・・送信バッファ
フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 KK35 MA23 ME01 RC12 SS06 TA60 TB07 TC18 TC20 TC38 TD11 UA02 UA32 5J064 AA04 BA09 BA16 BC21 BD03

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ある単位の映像信号をこの映像信号を構成
    するブロック毎に直交変換し、量子化してブロック情報
    を生成する信号処理手段と、 このブロック情報を一定の方式に従って統合して統合情
    報を生成する統合手段と、 この統合情報のブロック情報に対してブロック情報毎に
    可変長符号化する符号化手段と、 から構成される映像符号化装置において、 前記統合されたブロック情報から可変長符号化後の発生
    符号量を推定してブロク毎に挿入すべきスタッフィング
    ビットを算出する推定算出手段を具備し、前記統合手段
    においてこの算出されたスタッフィングビットを統合情
    報の所定の箇所に挿入させ、前記符号化手段にこのスタ
    ッフィングビットが付加されたブロック情報を可変長符
    号化させることを特徴とする映像符号化装置。
  2. 【請求項２】前記推定算出手段は、 前記信号処理手段から出力される符号化前ブロック情報
    に含まれる量子化ＤＣＴ係数をカウントする第１のカウ
    ント手段と、 前記符号化手段から出力される符号化された符号列の発
    生符号量をカウントする第２のカウント手段と、 第１及び第２のカウント手段からの出力に基づいて前記
    ブロック情報を符号化した際のブロック情報の平均符号
    語長を算出する平均符号語長算出手段と、 前記信号処理手段から前記統合手段に入力されるあるブ
    ロック情報が符号化された際の発生符号量の推定する推
    定手段と、 を更に具備することを特徴とする請求項１の映像符号化
    装置。
  3. 【請求項３】前記推定手段は、 （平均符号語長）×（量子化ＤＣＴ係数の総数）の推定
    式を基に発生符号量を推定することを特徴とする請求項
    ２の映像符号化装置。
  4. 【請求項４】前記平均符号語長算出手段は、 前記第２のカウント手段からの可変長符号化後の累積発
    生符号量及び前記第１のカウント手段からの前記統合情
    報内のブロック情報に関する量子化ＤＣＴ係数の総数か
    ら （累積発生符号量）／（量子化ＤＣＴ係数の累積数） に基づいて平均符号語長を算出することを特徴とする請
    求項２の映像符号化装置。
  5. 【請求項５】前記推定算出手段は、 前記推定された発生符号量と前記第２のカウント手段で
    カウントされた符号量を累積した符号化累積数を比較し
    てスタッフィング量を決定するスタッフィング算出部を
    更に具備することを特徴とする請求項２の映像符号化装
    置。
  6. 【請求項６】前記スタッフィングビットは、前記ブロッ
    ク情報毎に付加されることを特徴とする請求項１の映像
    符号化装置。
  7. 【請求項７】前記スタッフィングビットは、前記ブロッ
    ク情報の集合に対して付加されることを特徴とする請求
    項１の映像符号化装置。
  8. 【請求項８】ある単位の映像信号をこの映像信号を構成
    するブロック毎に直交変換し、量子化してブロック情報
    生成する信号処理工程と、 このブロック情報を一定の方式に従って統合して統合情
    報を生成する統合工程と、 この統合情報のブロック情報に対してブロック情報毎に
    可変長符号化する符号化工程と、 から構成される映像符号化方法において、 前記統合されたブロック情報から可変長符号化後の発生
    符号量を推定してブロク毎に挿入すべきスタッフィング
    ビットを算出する推定算出工程を具備し、前記統合工程
    においてこの算出されたスタッフィングビットを統合情
    報の所定の箇所に挿入させ、前記符号化工程において、
    このスタッフィングビットが付加されたブロック情報を
    可変長符号化させることを特徴とする映像符号化方法。
  9. 【請求項９】前記推定算出工程は、 前記信号処理工程において、出力される符号化前ブロッ
    ク情報に含まれる量子化ＤＣＴ係数をカウントする第１
    のカウント工程と、 前記符号化工程において、出力される符号化された符号
    列の発生符号量をカウントする第２のカウント工程と、 第１及び第２のカウント工程における出力に基づいて前
    記ブロック情報を符号化した際のブロック情報の平均符
    号語長を算出する平均符号語長算出工程と、 前記信号処理工程から前記統合工程に入力されるあるブ
    ロック情報が符号化された際の発生符号量の推定する推
    定工程と、 を更に具備することを特徴とする請求項８の映像符号化
    方法。
  10. 【請求項１０】前記推定工程では、 （平均符号語長）×（量子化ＤＣＴ係数の総数）の推定
    式を基に発生符号量を推定することを特徴とする請求項
    ８の映像符号化方法。
  11. 【請求項１１】前記平均符号語長算出工程では、 前記第２カウント工程における可変長符号化後の累積発
    生符号量及び前記第１カウント工程における前記統合情
    報内のブロック情報に関する量子化ＤＣＴ係数の総数か
    ら （累積発生符号量）／（量子化ＤＣＴ係数の累積数） に基づいて平均符号語長を算出することを特徴とする請
    求項８の映像符号化装置。
  12. 【請求項１２】前記推定算出工程では、 前記推定された発生符号量と前記第２のカウント工程に
    おいてカウントされた符号量を累積した符号化累積数を
    比較してスタッフィング量を決定するスタッフィング算
    出工程を更に具備することを特徴とする請求項８の映像
    符号化方法。
  13. 【請求項１３】前記スタッフィングビットは、前記ブロ
    ック情報毎に付加されることを特徴とする請求項８の映
    像符号化方法。
  14. 【請求項１４】前記スタッフィングビットは、前記ブロ
    ック情報の集合に対して付加されることを特徴とする請
    求項８の映像符号化方法。
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