JP2001524270A - ディジタル映像圧縮のための適応制御 - Google Patents

ディジタル映像圧縮のための適応制御

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Abstract

(57)【要約】 データ圧縮システムにおける符号化データレートの適用制御のためのシステム及び方法。本システム及び方法は、各々のデータセグメント用の符号化ビットストリームの選択肢をセットアップし、伝送用の所定の目標ビットレートを生成するものを選択する。映像入力のセグメントの各々は、複数の量子化セグメントを生成すべく量子化器のセット（２０ａ〜２０ｃ）により量子化される。各量子化セグメントはオルタネィティブ符号化ビットストリームを生成するための量子化インデックスに基づいて、可変長エンコーダ（２２ａ〜２２ｃ）により可変レートエンコードされる。レート計測器（２４ａ〜２４ｃ）セットは、各々のオルタネィティブ符号化ビットストリームの伝送に要するデータレートを測定し、比較器（３０）は計測されたレートを所定の目標ビットレートと比較する。目標ビットレートに最も近いレートを有する符号化ビットレートが伝送に備えてレートバッファ（３４）に供給される。そして、１つのデータセグメントが処理されることで、本発明のシステム及び方法は、次データセグメントの処理のためにそのパラメータを更新する。目標ビットレート更新部（３８）はレートバッファステータスに基づいて最新目標ビットレートを決定する。加えて、量子化インデックス更新部（３６）は次セグメントデータ処理のために新規の量子化インデックスを生成する。

Description

【発明の詳細な説明】 ディジタル映像圧縮のための適応制御 技術分野 本発明は画像処理に関する。より詳しくは、本発明はビデオエンコーダにおい てデジタルの圧縮ビットレートを適応制御するための斬新で改善されたシステム 及び方法に関する。 背景技術 テレビジョン信号を送受信する技術においては、ＮＴＳＣ（国際テレビジョン システム委員会）システムについて種々の改善がなされている。テレビジョンの 分野における開発は、一般に、標準精細度テレビジョン（ＳＤＴＶ）及び高精細 度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムに向けられている。 提案されたＳＤＴＶ及びＨＤＴＶシステムの多くは、デジタル符号化技術を利 用する。デジタルに符号化された映像はアナログ変調以上の多くの利点をもたら す。デジタル符号化はマルチパス及びジャミングのような障害に対する通信リン クの頑強性を提供する。さらに、デジタル技術は軍事及び多くの放送業務にとっ て必要な信号暗号化処理の容易化を促進する。 ＨＤＴＶが最初に提案されたとき、過度の帯域幅を要求するとの理由からＨＤ ＴＶは実用的でないとされた。しかしながら、デジタルＨＤＴＶ信号の圧縮は、 アナログのＮＴＳＣフォーマットが要求する帯域幅と同等の帯域幅での伝送を可 能にするレベルにまで到達した。このような、信号のデジタル伝送に適用された 信号圧縮のレベルは、ＨＤＴＶシステムがより少ないパワー、より大きなチャン ネル障害耐性で伝送を行うことを可能にする。 ＳＤＴＶ及びＨＤＴＶ信号の質を維持しつつ有効な圧縮を提供する、ある圧縮 技術は、符号化された離散コサイン変換（ＤＣＴ）係数データの適応サイズ化ブ ロック及びサブブロックを利用する。この技術は、本発明の譲渡人に譲渡され、 参考の為に組み入れられた合衆国特許第５，１０７，３４５号「適応ブロックサ イズ画像圧縮方法及びシステム」の明細書に開示されている。また、ＤＣＴ技術 は、本発明の譲渡人に譲渡され、参考の為に組み入れられた合衆国特許第５，１ ０７，３４５号「適応ブロックサイズ画像圧縮方法及びシステム」の明細書に開 示されている。さらに、合衆国特許第５，４５２，１０４号が本発明の譲渡人に 譲渡され、参考の為に組み入れられている。 実質的な圧縮レベルを提供する技術には、可変長符号化スキームがしばしば利 用される。可変長符号化において、異なる信号サンプルは、異なる長さの符号ワ ードを用いて量子化される。一般にコーダは、全再構成エラーを最小化すべく理 論上又は計測された画像の統計量に基づいて設計される。画像における特性の確 率分布を探求することで、高圧縮率は達成可能である。 可変長符号化は高い圧縮率を提供し得るが、不定符号化データレートの複雑化 をも引き起こす。一般に可変長符号化は高精細な画像領域のために長い符号コー ドを生成し、低精細な画像領域のためには短い符号コードを生成する。可変長符 号化が映像を符号化するのに用いられる場合、映像における異なるフレームは、 異なる長さの符号ワードによって符号化され得る。これらの符号ワードは所定の ビットレートで通信チャネルを伝送される必要がある。さらに、ＳＤＴＶやＨＤ ＴＶシステムのような応用例において、符号ワードは、フレームレートの変動な しで映像フレームを再構成できるレートで復号器に伝送されなければならない。 符号化データビットの伝送のレートを維持すべく、レートバッファが用いられ てきた。しかしながら、バッファの利用は、復号フレームレートの変動に係る問 題をそれ自信が解決しない。また、バッファの容量を超える長い符号ワードで映 像フレームが符号化されている場合、バッファオーバーフローが起こり、情報損 失の結果を招く。したがって、映像圧縮のためのレート制御が必要である。これ らの問題及び欠点が従来より明瞭に認識されており、以下に述べる本発明にした がって解決される。 発明の開示 本発明は、映像圧縮処理における符号化データレート制御のための斬新で改善 されたシステム及び方法である。映像圧縮の際に、映像における異なるセグメン トは異なる長さの符号ワードで符号化される。エンコーダの信頼性を維持しつつ も通信チャネルを通じて符号ワードを伝送するためには符号化ビットレートの制 御が不可欠である。本システム及び方法は、映像セグメントのそれぞれに被選択 符号化ビットストリームを準備し、所定の目標ビットレートに最も近いビットレ ートを生成するものを選択する。目標ビットレートはレートバッファの状態に基 づいて選択される。 本発明によれば、複数の量子化器により構成された適応データレート制御器が 開示される。このレート制御器は映像データブロックを入力として受け取り、該 映像データブロックは量子化器のそれぞれに与えられる。それぞれの量子化器は 、量子化係数ブロックを生成するべく、異なる重み付けマスク関数に従って入力 のサンプルを量子化する。重み付けマスク関数の各々は、量子化インデックスに よって区別される。ある重み付けマスク関数は、サンプルに異なる重み付けを与 えることで、入力のあるサンプルには強調を施し、他のサンプルは非強調（de-e mphasize）にするように設計される。これに対応し、異なる量子化係数ブロック の量子化サンプルは、異なる重み付けがなされた結果として、異なる値を有し得 る。 また、適応レート制御器は複数のエンコーダから構成される。各々のエンコー ダは、一の量子化係数ブロックを受け取り、可変長符号化係数のストリームを生 成する。各々の量子化係数ブロックは異なる重み付け関数により処理されている ので、各々のブロックのサンプルは異なる符号ワードで符号化される。結果とし て、可変長符号化係数ストリームの各々は他と区別されるコード長を有する。 可変長符号化ストリームが選択器に与えられる一方、各々の可変長符号化スト リームの伝送に要するトータルビットレートが決定されて比較器に与えられる。 このトータルビットレートは符号化ストリームのコード長の総和に比例する。比 較器は目標に最も近いレートを決定するべくトータルビットレートの各々を、所 定の目標ビットレートと比較する。そして選択器は所定の目標に最も近いビット レートをもたらす可変長符号化ストリームを選択し、送信に備えてこのストリー ムをレートバッファに与える。 カレントの映像信号ブロックの処理が完了すると、レートコントローラは重み 付けマスク関数を更新することで次の映像ブロック処理の準備をする。量子化イ ンデックス更新部は、重み付けマスク関数が得られたもののなかから量子化イン デックスの新規セットを選択する。新規の量子化インデックスはレート対量子化 インデックスのモデル及び最新目標ビットレートに基づいて選択される。 モデル部はレート対量子化インデックスのモデルを導出する。このモデルは映 像信号のカレントブロックからレート及び量子化インデックスより導出される。 すなわち、カレントの映像ブロックに用いられる量子化インデックス及び対応す るビットレートはモデルの導出に用いられる。最新目標ビットレートは、目標ビ ットレート更新部により、映像入力のカレントブロック処理後のレートバッファ フルレベル(rate buffer fullness level)に基づいて得られる。最新目標ビット レートは、レートバッファの一定データフローを維持し、レートバッファのオー バーフローを防止すべく選択される。モデル及び最新目標ビットレートに基づく ことで、ある新規量子化インデックスは、モデルにより示される最新目標ビット レートをもたらすであろうインデックスとなる。他の新規量子化インデックスは 、通常、既に示された新規量子化インデックスの関数となろう。 重み付けマスク関すが更新された後、本発明の適用レートコントローラは映像 入力の次のブロックを処理開始する。 図面の簡単な説明 本発明の特徴点、目的、及び効果は、以下の詳細な説明及びこれに添付される 図面から明らかとなろう。 図１はレートコントローラが適用された符号化システムの実施例を示すブロッ クダイアグラムである。 図２はエンコーダのための係数を生成するプリプロセッサの実施例を示すブロ ックダイアグラムである。 図３はエンコーダ及びレートコントローラの処理部を示すブロックダイアグラ ムである。 図４は量子化インデックス対ビットレートの指数モデルを示すグラフである。 図５Ａ〜５Ｃは伝送カラー信号の、レート制御がなされたデータ成分を選択す る処理部を示すブロック図である。 図６は受信されたカラー映像信号の量子化に用いられる量子化インデックスを 導出する処理部を示すブロックダイアグラムである。 図７Ａ〜７Ｃはカラー信号の各々のカラー成分用の量子化インデックス対ビッ トレートモデルを示す一連のグラフである。 図７Ｄはカラー信号の全成分用の量子化インデックス対ビットレートの合成モ デルを示すグラフである。 発明を実施するための最良の形態 本発明のレートコントローラを組み入れたデータ圧縮システムの実施例が図１ に示されている。図１に示されるこのシステムは、伝送用の映像信号圧縮に用い られる。例えば、図１のシステムはＨＤＴＶ若しくはＳＤＴＶ信号（とはいえ他 の形式の映像信号も適用されることが理解されるべきである）の圧縮、又はこれ と同様に音声信号、この圧縮システムから恩恵を受ける如何なる信号の圧縮、に 用いられる。 図１に示すように、圧縮の準備のために映像信号は先ずプリプロセッサ１０に 供給される。プリプロセッサ１０は多様な用途を賄い、或いはシステム全体から 取り除かれても良い。プリプロセッサ１０は、例えば、圧縮システムにより容易 に処理され易くなるように映像信号をコンポーネントにフォーマットする。プリ プロセッサ１０の出力はエンコーダ１２に供給される。エンコーダ１２は受信し たデータを量子化し、しかる後に量子化係数を圧縮する。実行される量子化スキ ームはレートコントローラ１４からのフィードバック量子化パラメータに依存す る。レートコントローラ１４は、次の映像セグメントの符号化のための量子化パ ラメータを適応的にセットすべく、カレントの映像符号化セグメントを特徴付け る統計を利用する。またレートコントローラ１４は、レート制御がなされた符号 化データをフォーマッタ１６に供給する。フォーマッタ１６はその符号化がなさ れたデータを受け取り、通信チャネルを通じた伝送のためにフォーマット化され たビットストリームを該データから組み立てる。 プリプロセッサ１０のある具体例が図２に示されている。図２に示されるよう に、プリプロセッサ１０は２次元離散コサイン変換（ＤＣＴ）演算子１８により 構成されている。映像信号の１つのセグメント（通常は、時間抽出された画素の Ｎ×Ｎブロック）がＤＣＴ演算子１８にその入力として供給される。時間抽出画 素のブロックからＤＣＴ演算子１８はＤＣＴ係数のブロックを生成する。 ＤＣＴ演算子１８は時間抽出信号を、同信号の周波数表現に変換する一つの方 法である。周波数表現に変換により、ＤＣＴ技術は画像の周波数分布特性の利点 を得るべく量子化器を構成できる理由から、極めて高レベルの圧縮を可能にする ものとみなされてきた。ＤＣＴ変換を利用する圧縮システムの一例が上述した合 衆国特許第５，０２１，８９１号及び第５，４５２，１０４号明細書に開示され ている。 ＤＣＴ係数のブロックは、レートコントローラ１４により制御された符号化ビ ットレートと共にエンコーダ１２に供給される。ある具体的な実施例において、 エンコーダ１２及びレートコントローラ１４は、上述した機能を提供すべくプロ グラムされたマイクロプロセッサ又はデジタル信号プロセッサにインプリメント される。 さて、図３を参照すると、エンコーダ１２及びレートコントローラ１４の詳細 が示されている。図示することを目的とし、図３は輝度映像信号処理に特有の表 現に替えて示されている。カラー映像信号の処理は後述する。エンコーダ１２は 複数の量子化器２０ａ〜２０ｃ及びこららに対応する複数の可変長エンコーダ２ ２ａ〜２２ｃにより構成されている。これら量子化器２０ａ〜２０ｃ及び可変長 エンコーダ２２ａ〜２２ｃのセットが図示されてはいるが、これらは、異なる数 の構成要素によって代替されても良いことが理解されるべきである。 これら量子化器２０ａ〜２０ｃの各々は、Fと示される同一のＤＣＴ係数ブロ ックを入力として受け取る。また、量子化器２０ａ〜２０ｃの各々は、レートコ ントローラ１４からq1〜q3により示されるフィードバック量子化インデックス信 号を受け取る。図３において、３つの量子化器２０ａ〜２０ｃは、３つの量子化 設定を表し、又は同一入力信号を量子化する際の３つの手段を表す。量子化器２ ０ａ〜２０ｃの出力は、量子化されたＤＣＴ係数のブロックであって、図３にお いてQC1〜QC3と示されている。 好ましい実施例において、入力信号を量子化すべく各々の量子化器２０ａ〜２ ０ｃにより用いられる量子化設定は重み付けマスク関数であって、これは当該技 術分野において量子化マトリックスとして知られている。各々の重み付けマスク 関数は、選択量子化ステップサイズ（qssi）に周波数重み付けテーブルの係数を 乗算することにより導出される。このqSSiは次式（１）のような量子化インデッ クスqiの関数である。 qSSi=f(qi) (1) 好ましい実施例においては、次式（２）のようになる。 qSSi=2(qi) (2) ＤＣＴ係数ブロックと同一次元の周波数重み付けテーブルは、異なるＤＣＴ係 数に異なる重み付けを適用するために用いられる。この重み付けは、人体映像化 システムに対してより高感度な周波数内容を有する入力サンプルを強調(emphasi ze)し、及び該システムに対してより低感度な周波数内容を有する入力サンプル を非強調(de-emphasize)にすることように設計される。この重み付けは実験デー タに基づいて選択される。８×８ＤＣＴ係数のための重み付けマスクを設計する 方法は、ISO/IEC JTC1 CD 10918,「連続階調スチル画像のデジタル圧縮と符号化 −パート１：要件及びガイドライン」，国際標準化機構,1994に開示されており、 参照のためここに組み入れられる。 したがって、量子化インデックスq1は第１の重み付けマスク関数を生成すべく 周波数重み付けマスクのテーブルと乗算される。ＤＣＴ係数は、第１の量子化係 数ブロックを生成するべく、第１の重み付けマスク関数の相応する係数と乗算さ れ、QC1と表される。同様に、量子化器２０ｂ及び２０ｃのそれぞれにおいて第 ２及び第３の重み付けマスク関数を生成すべく、量子化インデックスq1及びq1の 各々が同周波数重み付けマスクテーブルと乗算される。そして、ＤＣＴ係数は、 第２の量子化係数ブロックを生成するべく、第２の重み付けマスク関数の相応す る係数と乗算され、QC2と表される。またＤＣＴ係数は第３の量子化係数ブロッ クを生成するべく、第３の重み付けマスク関数の相応する係数と乗算され、QC3 と表される。ブロック内の係数の位置の参照を(k,l)とし、及び周波数重み付け マスクテーブルの参照をFWMとするとき、量子化器２０ａ〜２０ｃの動作は以下 の数式により表される。 QC1(k,l)=F(k,l)×FWM(k,l)×qss1 (3) QC2(k,l)=F(k,l)×FWM(k,j)×qss2 (4) QC3(k,l)=F(k,l)×FWM(k,l)×qss3 (5) 信号QC1〜QC3は、それぞれ、可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃへの入力である 。量子化ＤＣＴ係数値はそれぞれ、データレートを最小化すべく可変長エンコー ダ を用いて符号化される。図３に示される３つの可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃ は、全て同一の可変長符号化スキームをインプリメントしても良く、又は異なる 可変長符号化アルゴリズムをインプリメントしても良い。可変長エンコーダ２２ ａ〜２２ｃの出力は可変長符号化係数の直列化ストリーム信号であって、VC1〜V C3と表される。 可変長エンコーダ２２ａ〜２２ｃをインプリメントする一つの技術は、ハフマ ン符号化に従ったジグザグスキャン後ゼロ(zeros after zigzag scanning)のラ ンレングス符号化を利用することである。この技術は、上述した米国特許第５， ０２１，８９１号及び５，４５２，１０４号明細書に詳細に記述されており、こ こにその要約を述べる。ランレングス符号化は量子化信号（ここではQC1〜QC3） を取得し、ゼロ係数を非ゼロ係数から分離する。ゼロ値はランレングス値として 参照され、ハフマン符号化される。非ゼロ値は分離してハフマン符号化される。 ハフマン符号は画像の、計測された統計値又は理論上の統計値から設計される 殆どの自然画像はブランク（blank）又は比較的緩やかに変化する領域と、被写 体境界やハイコントラストのテクスチャーのようなビジー領域とであることが認 められてきた。ＤＣＴのような周波数ドメイン変換を伴うハフマン符号器(coder )は、ビジー領域にはより多くのビットをアサインし、ブランク領域にはより少 ないビットアサインすることでこれらの特徴を利用する。 図３を参照すると、信号VC1〜VC3は対応するレート計測器２４ａ〜２４ｃに入 力されていることがわかる。レート計測器２４ａ〜２４ｃの各々は、信号VC1〜V C3の可変長符号化係数のそれぞれを伝送するために必要なビットレートを決定す る。レート計測器２４ａ〜２４ｃの各々からの出力は、ＤＣＴ係数ブロックのビ ットレートの単一値指示信号である。このビットレートは、ＤＣＴ係数ブロック を可変長符号化するために要するビット数に比例する。レート計測器２４ａ〜２ ４ｃからの出力に対応する信号はそれぞれr1〜r3と表される。 信号の２セットは、エンコーダ１２からレートコントローラ１４への出力信号 である。レートコントローラ１４は可変長符号化係数の信号、VC1〜VC3を受け取 る。VC1〜VC3のいずれか一つが伝送のためにレートコントローラ１４により選択 される。レートコントローラ１４はまた、 可変長符号化係数VC1〜VC3のビットレートを代表する信号r1〜r3を受け取る。レ ート情報は可変長符号化係数の選択の一助となる。また、レート情報を利用する ことで、レートコントローラ１４は映像入力の次セグメントの量子化において量 子化器２０ａ〜２０ｃにより用いられる最新量子化インデックスを生成する。映 像入力の次セグメントのビットレートを制御するために最新インデックスは発行 される。 図３に示されるように、可変長符号化係数VC1〜VC3を表す信号がレートコント ローラ１４の選択器２８に入力される一方、レートr1〜r3を表す信号が比較器３ ０及びレートコントローラ１４のモデル部３２に入力される。比較器３０は、所 望のレートに最も近づくレートを選択するためにこれらレートr1〜r3を所望のビ ットレートと比較する。選択されたレートに基づき、比較器３０は可変長符号化 係数ストリームVC1〜VC3のいずれが伝送用に選択されたかを示す信号を選択器２ ８に供給する。モデル部３２の機能は後述する。 伝送用の可変長符号化係数のストリームを選択するためには、幾つかの選択ア ルゴリズムが用いられる。好ましい実施例は、絶対符号化レートエラーを最小化 するストリームを選択する。この方法は、次式に従って所定の目標ビットレート をレートr1〜r3と比較する。 min|T-ri| (6) ここに、Tは目標ビットレート、ri（i=1,2,3）はレートr1〜r3である。変形例に おいては、選択器２８は、レートエラーを最小化し、目標レートよりも低いレー トを有する可変長符号化ストリームを選択する。第２の変形例においては、選択 器２８は最小レートを生成するストリームを選択する。 選択器２８は伝送用に選択された可変長符号化係数のストリーム信号を、通信 チャネルへの伝送の待ち受けのためにレートバッファ３４に供給する。この信号 はレート制御がなされた映像信号を表す。そして、図１に戻ってこれを参照する に、レート制御されたデータ信号はフォーマッタ１６に与えられ、このフォーマ ッタ１６は伝送に備えて該データ信号を制御及び識別信号でフォーマットする。 ブロックの開始、フレームの開始、ブロック番号、フレーム番号、及び量子化情 報を表す信号は、フォーマッタ１６によりデータ信号に付加される信号の幾つか である。 この時点で映像入力のカレントセグメントは伝送用に処理されている。ここで は、レート制御可能な如く次の映像セグメントを符号化するためにシステムを更 新し、伝送用の次のセグメントを準備することが必要である。レートコントロー ラ１４は、各々の映像セグメント用に３つの符号化係数ストリーム間での選択に より符号化ビットレートを調整するので、３つの量子化インデックスの新規のセ ットが得られている必要がある。 図３に示されるように、新規の量子化インデックスは量子化インデックス更新 部３６により得られる。量子化インデックス更新部３６は、モデル部３２及び目 標ビットレート更新部３８からの入力信号に基づいてインデックスを得る。モデ ル部３２は符号化ビットレート対量子化インデックスのモデルを得る。目標ビッ トレート更新部３８は映像入力のセグメント用に最新目標ビットレートを得る。 最新目標ビットレートと符号化ビットレート対量子化インデックスのモデルとに 基づき、次の映像セグメントの量子化のために３つの量子化インデックスが選択 されるであろう。 モデル部３２は次の映像セグメントの量子化のための量子化インデックス対ビ ットレートのモデルを、カレントの映像セグメントの量子化インデックスデータ 及びレートに基づいて得る。図３を参照するに、カレントの映像セグメントの処 理に用いられた３の量子化インデックスq1〜q3を入力信号としてモデル部３２が 受け取っていることがわかる。モデル部３２はまた、可変長符号化係数VC1〜VC3 の３つのカレントストリームのレートに対応する３つのレートr1〜r3信号を入力 として受け取る。データ点(q1,r1)，(q2,r2)，および(q3,r3)の３つのセットか ら、該３つのデータ点を通る曲線のフィッティングによりモデルが得られる。好 ましい実施例では、カーブフィッティングのために指数モデルが用いられる。 この指数モデルは次式に従って定義され、xiは量子化インデックスを意味し、好ましい実施例では０から３１の範囲にセッ トされる。なお、量子化インデックスの範囲を異ならせても良いことが理解され るべきである。対応する符号化レートをratei(yi)と表す。指数モデルのパラメ ータb，mは次式に基づいて決定される。 lnratei=lnyi=lnb+xilnm (8) そして、カレントデータフレームを符号化すべく用いられるn(n=3)量子化イン デックスのセットをAとすると、モデルの最小２乗解は次式で規定される。 図４に本実施例のモデルを示す。図４に示される指数モデルはデータ点(q1,r1) ，(q2,r2)，および(q3,r3)の３つのペアから導出される。パラメータb及びmの信 号は量子化インデックス更新部３６に入力される。 また、上述したように量子化インデックス更新部３６は、目標ビットレート更 新部３８から最新目標ビットレートの信号を入力として受け取る。図３に戻って 参照すると、目標ビットレートは、映像入力のカレントセグメント処理後のレー トバッファステータス、またはレートバッファフルレベルに基づき、目標ビット レート更新部３８により決定される。レートバッファ３４に結合されたレートバ ッファステータスインジケータ４０は、レートバッファステータス（又はフルレ ベル）を決定し、ステータス識別信号を目標ビットレート更新部３８に送る。 バッファステータスをBFと表す。レートバッファステータスインジケータ４０ は、映像入力のカレントセグメント処理後におけるレートバッファステータス（ BFk）を以下の通り決定する。 BFk=BFk-1+Rk-M (11) ここに、BFk-1はカレントセグメント処理前のバッファステータス、Rkはカレン トセグメント用のデータビットレート、そしてMは固定伝送ビットレートである 。 そして、目標ビットレート更新部３８は最新目標レートNTkを決定する。 NTk=M-α(BFk-γBFmax) (12) ここに、Mは先の固定伝送デート、BFmaxはレートバッファサイズ、αは、レート バッファが所望のレートバッファフルレベルに収束する早さを決定する定数、そ してγ（0.0≦γ≦1.0）は所望のレートバッファフルレベルである。 好ましい実施例では、ビットレートの変動を防止すべくレート制御システムの 応答を遅らせるために、次式のように平滑化された最新目標レートSNTkを導出し ても良い。 SNTk=βNTk+(1-β)SNTk-1 (13) SNTk選択処理においてNTkの代わりに用いられても良い。好ましい実施例ではα は0.2に設定され、βは0.4に設定される。 最新目標ビットレートNTk表す信号は、次の映像入力のセグメント処理に用い られるべく比較器３０に与えられる。また、最新目標ビットレートNTk表す信号 は、次の映像入力のセグメント処理用に量子化器２０ａ〜２０ｃによって用いら れる３つの最新量子化インデックス（q1'〜q3'）セットの選択に用いられるべく 、量子化インデックス更新部３８に与えられる。 量子化インデックス更新部３６がひとたび、更新目標ビットレートNTk及びレ ート対量子化インデックスモデルのパラメータb及びmを表す信号を受け取ると、 量子化インデックス（q1'〜q3'）の最新セットが次の映像入力のセグメントの量 子化のために選択される。 量子化インデックス更新部３６は、量子化インデックスq1'〜q3'の最新セット を選択すべく幾らかの方法を使用する。好ましい実施例は、量子化インデックス q2'を最初に選択する。これは次式に従って決定される。ここに、値Ntkは最新目標ビットレートであり、b及びm値は上述した指数モデル のパラメータである。 他の２つの量子化インデックスすなわちq1'とq3'は、１−アンカー(one-ancho r)法又は２−アンカー法のいずれかに従って更新される。これらの方法は３つの 量子化インデックスq1'，q2'，q3'のうち、どの間をとっても量子化イン デックスの差が最小となるようなスプレッドを定義する。このスプレッドは通常 、輝度ＨＤＴＶ信号入力用で５にセットされる。 １−アンカー法は、アンカーインデックスA1を定義する。また、３１に等しい 最大量子化インデックスqmaxを定義する。０≦スプレッド≦A1および０≦スプレ ッド≦|qmax-A1|を仮定すると、１−アンカー法は、q2'のスプレッド以内のA1を 除き、A1に等しいq3'をセットする。その場合、q3'はq2'から遠ざかるインデッ クススプレッドにセットされる。１−アンカー更新アルゴリズムは以下のように 定義される。 ie|q2'-A1|〈スプレッドであるならば、q1'=q2'-スプレッド及びq3'=q1'+ス プレッドとする IFq2'≧A1+スプレッド及びq2'≦qmax-スプレッドであるならば、q1'=q2'+ス プレッド及びq3'=A1とする IFq2'≦A1−スプレッド及びq2'≧スプレッドであるならば、q1'=q2'-スプレ ッド及びq3'=A1とする IFq2'≧A1+スプレッド及びq2'>qmax-スプレッドであるならば、q1'=q2'-ス プレッド及びq3'=A1とする IFq2'≦A1-スプレッド及びq2'<スプレッドであるならば、q1'=q2'+スプレッ ド及びq3'=A1とする IFq2'=A1及びqmax-A1<スプレッドであるならば、q1'=q2'-2*スプレッド及び q3'=q2'-スプレッドとする IFq2'≦qmax-スプレッド及びqmax-A1<スプレッドであるならば、q1'=q2'-ス プレッド及びq3'=q2'+スプレッドとする IFq2'=A1及びA1<スプレッドであるならば、q1'=3'+スプレッド及び q3'=q2'+2*スプレッドとする ２−アンカー法はA1<A2となる２つの固定アンカーA1及びA2を定義する。この ２−アンカー法はビットレートのオーバーショート及びアンダーショートが許容 レベルにまで低減されることを保証する。再度、スプレッドは３つの量子化イン デックスq1'，q2'，及びq3'のうちのいずれか２つの間の最小差である。2*スプ レッド≦A2-A1，スプレッド≦A1，及びスプレッド≦|qmax-A2|を仮定する。q2' のスプレッド以内となるA1又はA2を除き、q1'をA1に設定し、q3'をA2に設定する 。これらの場合において、q1'又はq3'のいずれかがq2'から遠ざかるインデック ススプレッドに設定される。２−アンカー更新アルゴリズムは以下のように定義 される。 IF|q2'-A1|<スプレッド及びq2'≧スプレッドであるならば、q1'=q2'-スプレ ッド及びq3'=A2とする IF|q2'−A1|<スプレッド及びq2'<スプレッドであるならば、q1'=q2'+スプレ ッド及びq3'=A2とする IF|q2'-A2|<スプレッド及びq2'≦qmax-スプレッドであるならば、q1'＝A1及 びq3'=q2'+スプレッドとする IF|q2'-A2|<スプレッド及びq2'>qmax-スプレッドであるならば、q1'＝A1及 びq3'=q2'-スプレッドとする IF|q2'-A2|≧スプレッド及び|q2'-A2|≧スプレッドであるならば、q1'＝A1 及びq3'=A2とする 好ましい実施例では、中間量子化インデックスq2'が多くのビットを生成しす ぎる場合、次フレームのために全ての量子化インデックスが増加し、これにより 次のデータブロックのビットレートが減少する。もし、中間量子化インデックス q2'の生成ビットが少なすぎる場合は、次フレームのために全ての量子化インデ ックスが減少し、これにより次のデータブロックのビットレートが増加する。 各々のデータブロック処理のための３つの量子化インデックスの選択の代わり に、異なる数のインデックスが代用されても良いことが理解されるべきである。 既に述べたように、量子化器の数は３以上の多数であってもよい。この場合、選 択器に与えられる量子化係数を符号化するために相応数の可変長エンコーダが必 要となり、そして該選択器は全ての符号化係数間からレート制御がなされた信号 を選択する。また、相応数のレート計測器は符号化係数のデータビットレートを 決定する。このレートは、レート制御された信号の選択の一助となるべく、所定 の目標レートと全てのレートを比較する比較器に与えられる。また、このレート は量子化インデックス対ビットレートモデルを得るモデル部に供給される。所要 数の量子化インデックスはモデルから選択される。したがって、所望の符号化ビ ットストリームが所定の複数の符号化ビットストリームのいずれかから選択され る。 かくして本発明は、主に輝度映像信号について説明がなされたが、本発明はカ ラー信号について同等に適用する場合にも好適である。カラー信号を処理する技 術の一つは、ＲＢＧ空間から、輝度Ｙ成分又はブライトネス成分によって輝度Ｙ Ｃ1Ｃ2空間に信号を初期変換することである。２つのＹＣ1Ｃ2の可能表現は、Ｙ ＩＱ表現及びＹＵＶ表現であって、両者は従来から良く知られている。図１を参 照すると、ＲＧＢからＹＣ1Ｃ2への変換（不図示）及びサブサンプリング（不図 示）の両者はプリプロセッサ１０により実行される。 カラー映像処理用の好ましい実施例において、４つの輝度成分（以下、Y1〜Y4 と示す）及び２つのクロミナンス成分（以下、C1及びC2と示す）は、映像入力セ グメントをのそれぞれを表現するために用いられる。各々のクロミナンス成分は ４でサブサンプルされるため、各々のクロミナンス成分には４つの輝度成分があ る。６つの成分の各々には、各々の成分の３つの量子化係数ブロック生成のため の３つの量子化インデックスが選択される。さらに、３つの可変長符号化係数の ストリームが３つの量子化係数ブロックの各々のセットから生成される。レート コントローラ１４は３つのストリームセットの一つを伝送のために選択しなけれ ばならない。 図５Ａ〜５Ｃは、Y1〜Y4，C1及びC2の入力用に可変長符号化係数ストリームの 選択を実行するレートコントローラ１４の部分を示す。輝度のみの信号を処理す るとのこれまでの記載から、図５Ａ〜５Ｃは各々のレート制御信号の選択に用い られる３つの変形符号化信号を示している。しかしながら、レート制御信号が選 択される異なる数の変形符号化信号を生成するシステムにも本発明は適用可能で あることが理解されるべきである。 図５Ａ〜５Ｃに示された実施例において、４つの輝度入力Y1〜Y4の各々は、q1 (Y1)〜q1(Y4)，q2(Y1)〜q2(Y4)，及びq3(Y1)〜q3(Y4)を生成するべく同一の量子 化インデックス（q1〜q3）に基づいて量子化されている。しかし、異なる量子化 インデックスに基づいて異なる輝度成分Y1〜Y4が量子化されても良いことが理解 されるべきである。この量子化は図３に示される量子化器２０ａ〜２０ｃのよ うな量子化器により実行される。さらに、各々の量子化成分は、可変長符号化を 用いて符号化され、図５ａにおいてVC[q1(Y1)]〜VC[q1(Y4)]，VC[q2(Y1)]〜VC[q2 (Y4)]，及びVC[q3(Y1)]〜VC[q3(Y4)]として示される信号を生成する。可変長符 号化は図３の可変長エンコーダ（２２ａ〜２２ｃ）のような可変長エンコーダに より実行される。クロミナンス入力C1及びC2はまた量子化され可変長符号化され る。C1及びC2成分のための量子化インデックスは同一である必要はないが多分同 一でありY1〜Y4のために用いられる。図５ｂ及び５ｃにおいて、符号化されたC1 及びC2成分はVC[q1(C1)],VC[q2(C1)]、及びVC[q3(C1)]、VC[q1(C2],VC[q2(C2)] 、及びVC[q3(C2)]と示される。可変長符号化は図３の可変長エンコーダ（２２ａ 〜２２ｃ）のような可変長エンコーダにより実行される。ちょうど輝度成分用と 同様に、クロミナンス成分の量子化は図３の量子化器２０ａ〜２０ｃのような量 子化器により実行され、及び可変長符号化は図３の可変長符号化エンコーダ２２ ａ〜２２ｃのような部分により実行される。 輝度成分の処理において、同一の量子化インデックスに基づいて量子化された 可変長符号化成分は、同一のレート計測器に入力される。図５に示されるように 、信号VC[q1(Y1)]〜VC[q1(Y4)]はレート計測器４２ａに入力され、信号VC[q2(Y1 )]〜VC[q2(Y4)]はレート計測器４２ｂに入力され、信号VC[q3(Y1)]〜VC[q3(Y4)] はレート計測器４２ｃに入力される。したがって、特定量子化インデックスに対 応する全ての輝度成分用にトータルレートが決定される。レート計測器４２ａ， ４２ｂ，及び４２ｃにより決定されたレート信号は、それぞれr1(Y)，r2(Y)，及 びr3(Y)と表され、及びr1(Y)〜r3(Y)が比較器４４に入力される。比較器４４は また、所定の目標ビットレート信号を入力として受け取る。好ましい実施例にお いて、比較器４４は、目標ビットレートに最も近いレートを選択すべくレートr1 (Y)，r2(Y)，及びr3(Y)を目標ビットレートと比較するために上記式（６）に示 された最小絶対レートエラー選択基準を用いる。選択されたレートに対応する量 子化インデックスの信号は選択器４６に与えられる。選択器４６はまた、可変長 符号化係数VC[q1(Y1)]〜VC[q1(Y4)]，VC[q2(Y1)]〜VC[q2(Y4)]，及びVC[q3(Y1)] 〜VC[q3(Y4)]を入力として受け取る。そして選択器４６は選択量子化インデック スにより量子化された輝度入力の４つの成分を選択し、これら４つの 成分を伝送のためにレートバッファ４８に送る。 図５ｂを参照すると、レート計測器５０ａ〜５０ｃは４つの輝度成分でなく１ つのC1成分のデータレート決定することがのみが必要であることを除いては、C1 クロミナンス成分は輝度成分と同様にして処理されることがわかる。レート計測 器５０ａは入力として量子化インデックスq1に対応する可変長符号化係数VC[q1( C1)]を受け取り、出力としてデータレートr1(C1)を生成する。同様に、レート計 測器５０ｂ及び５０ｃはそれぞれ、入力として量子化インデックスq2及びq3に対 応する可変長符号化係数VC[q2(C1)]及びVC[q3(C1)]を受け取り、出力としてデー タレートr2(C1)及びr3(C1)を生成する。レートr1(Y)〜r3(Y)を表す信号は比較器 ５２に入力される。比較器５２は目標ビットレートに最も近いレートを選択すべ くレートr1(Y)，r2(Y)，及びr3(Y)を目標ビットレートと比較するために上記式 （６）に示された最小絶対レートエラー選択基準を用いる。選択されたレートに 対応する量子化インデックスの信号は選択器５４に与えられる。そして選択器５ ４は、３つのC1成分VC[q1(Y1)]〜VC[q1(Y4)]のなかから１つのC１成分を選択し 、選択量子化インデックスにより量子化された該C1成分を伝送のためにレートバ ッファ５６に送る。 今、図５Ｃを参照すると、C1成分と同様にC2成分が処理されることがわかる。 また、レート計測器５８ａ〜５８ｃの各々は、３つの可変長符号化ストリームVC [q1(C2)],VC[q2(C2)]、及びVC[q3(C2)]に関係するデータレートを定する。r1(C2 )〜r3(C2)により示されるレートが比較器６０に入力される。比較器６０は、上 式（６）の絶対レートエラー選択基準に基づいて、r1(C2)〜r3(C2)のなかから目 標ビットレートに最も近いレートを選択し、及び選択レートに対応する量子化イ ンデックス信号を選択器６２に与える。選択器６２は選択量子化インデックスに 従って生成された可変長符号化係数を選択し、該選択された係数の信号を伝送の ためにレートバッファ６４に供給する。 図５ａ〜５ｃでは比較器４４，５２，及び６０が３つの分離したブロックとし て示されたが、全ての信号r1(Y)〜r3(Y)，r1(C1)〜r3(C1)，及びr1(C2)〜r3(C2) を入力として受け取るように、これら３つのブロックが単一のブロックに組み合 わされてもよいことが理解されるべきである。またこの単一の比較器は、目標ビ ットレートを入力として受け取る。同様に、選択器４６，５４，及び６２は単一 の比較器から選択インデックスを入力として受け取り、全ての可変長符号化係数 VC[q1(Y1)]〜VC[q1(Y4)]，VC[q1(C1)]〜VC[q3(C1)]，及びVC[q1(C2)]〜VC[q3(C2 )]を受け取る単一の選択器に組み合わされても良い。加えて、３つのレートバッ ファ４８，５６，及び６４に代わる単一のレートバッファに単一の選択器が全て の選択成分を送っても良い。 単一の比較器及び選択器は、伝送用の可変長符号化ストリームを選択するため に多数の決定ルールを使用する。好ましい実施例では、ri(Y)+rj(C1)+rk(C2),(1 ≦i≦3,1≦j≦3,1≦k≦3)の総和の２７の組み合わせが、それぞれ目標ビットレ ートと比較される。目標ビットレートに最も近く、又は絶対符号化レートエラー を最小化する和が決定される。そして、総和に対応する３つの量子化インデック スを示す信号が、３つの量子化インデックスにより量子化された成分を選択する 単一選択器に与えられる。これらの成分は伝送に備えてレートバッファに与えら れる。例えば、レートr2(Y)，r1(C1)，及びr1(C2)はトータル目標ビットレート に最も近い値を合計する。 かくして単一の比較器は、Y2成分用の量子化インデックスq2，C1成分用のq1, 及びC2成分用のq1を単一の選択器に提供する。そして単一の選択器は信号VC[q2( Y1〜(Y4)]，VC[q1(C1)]，及びVC[q1(C2)]を選択し、これらの信号を伝送用にレ ートバッファに送る。 カラー映像の処理のためのレートコントローラは、次の映像セグメントの処理 用に量子化インデックスの更新を要する。また、最新インデックスは、量子化イ ンデックス及びカレントの映像セグメントのレートデータから得られた量子化イ ンデックス対レートのモデルに基づく。ここで図６を参照すると、量子化インデ ックス更新部６６は、２つの入力に基づいて次の映像セグメント用の量子化イン デックスq1'〜q3'を生成する。一の入力は最新目標ビットレートの信号である。 好ましい実施例において、目標ビットレートは、トータルビットレート更新部６ ８により生成された全ての輝度及びクロミナンス成分のためのトータル目標ビッ トレートである。他の入力はモデル部７０により得られたレート対量子化インデ ックスモデルのパラメータ信号（b及びm）である。好ましい実施例において、モ デル部７０は全ての輝度及びクロミナンス成分の合成モデルを導出する。 モデル部７０の好ましい実施例の動作は、図６と共に図７ａ〜７ｄを参照する ことでより良く理解される。図６に示されるように、モデル部７０は、Ｙモデル 部７２，C1モデル部７４，及びC2モデル部７６と示された３つの成分モデル部か ら構成される。この３つの成分部は合成モデル部７８により得られる。 成分モデル部の各々は、使用された量子化インデックス及びカレントの入力セ グメントからそれぞれに対応するレートに基づいて量子化インデックス対レート の指数モデルを導出する。Yモデル部７２は図６において(qi(Y),ri(Y))と示され る３つのデータ点セット(q1(Y),r1(Y))，(q2(Y),r2(Y))，及び(q3(Y),r3(Y))を 入力として受け取る。データレートri(Y)は、３つの量子化インデックス用の映 像入力セグメントの１つの、全４つの輝度成分の符号化からトータルレートを参 照する。３つのデータ点セットは、上式（７）〜（１０）に従い、図７ａに示し たY−成分指数モデルを得るために用いられる。 C1モデル部７４は図６において(qi(C1),ri(C1))と示される３つのデータ点セ ット(q1(C1),r1(C1))，(q2(C1),r2(C1))，及び(q3(C1),r3(C1))を入力として受 け取る。これらデータ点は、C1成分用に使用された量子化インデックス及び量子 化インデックスの使用の結果として得られたデータレートである。３つのデータ 点セットは、再度上式（７）〜（１０）に従い、図７ｂに示したC1−成分指数モ デルを得るために用いられる。そして、モデルに基づき、Y成分用のカレントの 量子化インデックスのレートが推定される。図７ｂにおいて、q2(C1)はq2(Y)に 等しく設定されているので、q2(Y)に基づくr2(C1)はr2(C1)のままとなる。しか しながら、q1(Y)に基づくr1(C1)及び(q3(Y)に基づくr3(C1)の推定が行われる。 同様に、C2モデル部７６は図６において(qi(C2),ri(C2))と示される３つのデ ータ点セット(q1(C2),r1(C2))，(q2(C2),r2(C2))，及び(q3(C2),r3(C2))を入力 として受け取る。これらデータ点は、C2成分用に使用された量子化インデックス 及び量子化インデックスの使用の結果として得られたデータレートである。３つ のデータ点セットは、再度上式（７）〜（１０）に従い、図７ｃに示したC2−成 分指数モデルを得るために用いられる。また、C2−成分モデルに基づき、Y成分 用のカレントの量子化インデックスのレートが推定される。かくして、q1(Y)に 基づくr1(C2)，q2(Y)に基づくr2(C2)及びq3(Y)に基づくr3(C2)が推定される。図 ７ｂにおいて、q2(C2)=q2(Y)であり、q2(Y)に基づくr2(C2)はそのままとなる。 ３つの成分モデルから、合成モデルは導出される。合成モデルは３つのデータ 点セット：(q1(Y),r1(トータル))，(q2(Y),r2(トータル))，及び(q3(Y),r3(トー タル))に基づいている。トータルレートは次式に従って決定される。 r1(トータル)=r1(Y)+q1(Y)によるr1(C1)+q1(Y)によるr1(C2) (15) r2(トータル)=r2(Y)+q2(Y)によるr2(C1)+q2(Y)によるr2(C2) (16) r3(トータル)=r3(Y)+q3(Y)によるr3(C1)+q3(Y)によるr3(C2) (17) 合成モデルは図７ｄに示される。再度、式（７）に従う指数モデルがモデル導出 に用いられる。さらに、式（９）〜（１０）において定義されたようにモデルの 最小平方法が、モデルパラメータb(トータル)及びm（トータル）の導出に用いら れる。上述したように、モデルパラメータb(トータル）及びm(トータル）は、量 子化インデックス更新部６６に入力される。 量子化インデックス更新部６６への他の入力（最新目標トータルビットレート ）は、カレントの入力信号セグメントの処理後のレートバッファステータスに基 づき、目標トータルビットレート更新部６８により導出される。図５ａ〜５ｃに 戻って参照すると、選択されたY，C1，及びC2成分が通信チャネルへの伝送に先 だってレートバッファ４８，５６，及び６４に与えられていることがわかる。上 述したように、レートバッファ４８，５６，及び６４は３つの分離したレートバ ッファとして示されているが、全成分間で共用される唯一のレートバッファとし ても良いことが理解されるべきである。図６に示された実施例では、単一のレー トバッファが、選択されたY，C1，及びC2成分の全てを受け取る。そしてレート バッファインジケータ８２は、上式（１１）に基づき、カレントの映像入力セグ メント処理後のレートバッファステータス（BFk）を決定する。レートバッファ ステータスBFk、上式（１２）に基づいて最新目標ビットレートNTkを導出する目 標トータルビットレート更新部６８に与えられる。そして目標トータルビット レート更新部６８は、最新目標ビットレートNTk量子化インデックス更新部６６ に供給する。 得られたb(トータル)，m(トータル)，及び最新目標ビットレートを有する今、 量子化インデックス更新部６６は、次の映像入力セグメントの処理用に最新量子 化インデックスを選択する準備が整っている。Y，C1，及びC2成分の各々用に３ つの量子化インデックスが選択される。Y成分用に最新量子化インデックスがq1' (Y)〜q3'(Y)として参照され、C1成分用に最新量子化インデックスがq1'(C1)〜q3 '(C1)として参照され、C2成分用に最新量子化インデックスがq1'(C2)〜q3'(C2) として参照されるであろう。全Y，C1，及びC2成分用に更新アルゴリズムが同一 の中間量子化インデックスを選択する。量子化インデックスq2'(Y)は上式（１４ ）に従って選択される。C1及びC2成分，q2'(C1)及びq2'(C2)用の中間量子化イン デックスは、等しくq2'(Y)に設定される。そして、全輝度成分用のq1'(Y)及びq3 '(Y)をセットするために、上述した２−アンカー法が使用される。互いに異なり 、q2'(C1)及びq2'(C2)量子化インデックスからのスプレッドが絶対的相違を有す る他のC1及びC2量子化インデックスが選択される。そしてこれら最新の量子化イ ンデックスは、次の入力信号セグメントの量子化に用いられるべくエンコーダ１ ２（図１）に与えられる。 以上、当業者が本発明を実施し利用することができるように好ましい実施例が 提供された。これら実施例への種々の変形例が当業者にとって明瞭となり、ここ に規定された基本原理は、特段の創作能力無しに他の実施例に適用され得る。し たがって、本発明はここに示された実施例のみに限定されることが意図されてお らず、ここに開示された原理及び斬新な特徴と両立する広範囲のスコープが与え られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ， ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，Ｆ Ｉ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ， ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ 【要約の続き】 新する。目標ビットレート更新部（３８）はレートバッ ファステータスに基づいて最新目標ビットレートを決定 する。加えて、量子化インデックス更新部（３６）は次 セグメントデータ処理のために新規の量子化インデック スを生成する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １．映像信号の符号化ビットレートを適応制御する画像圧縮システムのサブ− システムにおいて、 映像信号のセグメントを受け取り、所定の量子化セッティングのセットに従っ て複数の符号化データストリームを生成する符号化手段と、 前記複数の符号化データストリームを受け取り、所定の選択アルゴリズムに従 って選択符号化ストリームを生成するレート制御手段と、を具備するサブ−シス テム。 ２．前記符号化手段は、各々が上記入力データセグメントを受け取り、量子化 データストリームを生成すべく上記量子化セッティングの一つに従って上記入力 データセグメントを量子化する複数の量子化器と、 各々が前記符号化データビットストリームの一つを生成すべく可変長符号化ス トリームに従って前記受け取った量子化ストリームを符号化する複数の可変長エ ンコーダと、により構成される請求項１に記載のサブ−システム。 ３．前記符号化手段は、前記複数の符号化ストリームを受け取り、前記量子化 セッティングに従属するビットレートを前記複数の符号化ストリームの各々に対 応して決定するレート計測手段をさらに具備する請求項１に記載のサブ−システ ム。 ４．前記レート制御手段は、前記選択符号化ストリーム生成の後に、該レート 制御手段の状態に従って、最新の前記量子化セッティングのセットを生成する更 新手段を具備する請求項１に記載のサブ−システム。 ５．前記レート制御手段は、前記複数の符号化ストリーム及び前記対応するビ ットレートを受け取り、前記ビットレートに基づく所定の選択基準に従って前記 選択符号化ストリームを生成する選択手段を具備する請求項３に記載のサブ−シ ステム。 ６．前記レート制御手段は、 前記選択符号化ストリームの受信結果としてのバッファステータスを有し、伝 送に備えて前記選択符号化ストリームを受け取るバッファと、 前記バッファステータスに従って最新の前記量子化セッティングのセットを生 成する更新手段と、をさらに具備する請求項５に記載のサブ−システム。 ７．前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化を含む請求項２に記載の サブ−システム。 ８．前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化のゼロラン−レングス符 号化を含む請求項２に記載のサブ−システム。 ９．前記量子化セッティングの各々は、量子化インデックスに従って生成され た重み付けマスク関数を含むことを特徴とする請求項６に記載のサブ−システム 。 １０．前記量子化インデックス及び前記ビットレートを受け取り、該量子化イ ンデックス及び前記ビットレートに従って量子化インデックス対レートのモデル を導出するモデル部をさらに具備し、 前記更新部は前記モデルのパラメータをさらに受け取り、前記モデルパラメー タに従って前記量子化セッティングの前記最新セットを生成する請求項９に記載 のサブ−システム。 １１．前記モデルは指数モデルである請求項１０に記載のサブ−システム。 １２．前記選択手段により使用される前記所定の選択基準は、所定の目標ビッ トレートに基づいて絶対符号化レートエラーを最小化する請求項５に記載のサブ −システム。 １３．画素データブロックを受け取り、前記映像信号セグメントとして前記エ ンコーダに与えられるＤＣＴ係数値ブロックを生成すべく前記画素データブロッ クに離散コサイン変換（ＤＣＴ）演算を実行するプリプロセッサをさらに具備す る請求項１に記載のサブ−システム。 １４．前記選択手段により使用される前記所定の選択基準は、所定の目標ビッ トレートに基づいて絶対符号化レートエラーを最小化する請求項１０に記載のサ ブ−システム。 １５．最新の前記目標ビットレートが目標バッファフルレベルに従ってさらに 生成される請求項１４に記載のサブ−システム。 １６．前記更新手段は前記モデルに従って前記量子化インデックスの最新セッ トを生成する請求項１５に記載のサブ−システム。 １７．一の前記量子化インデックスの最新セットは、前記最新目標ビットレー トに相応する量子化インデックスを導出することにより生成され、他の前記量子 化インデックスの最新セットは１−アンカー法に基づいて生成される請求項１６ に記載のサブ−システム。 １８．一の前記量子化インデックスの最新セットは、前記最新目標ビットレー トに相応する量子化インデックスを導出することにより生成され、他の前記量子 化インデックスの最新セットは２−アンカー法に基づいて生成される請求項１６ に記載のサブ−システム。 １９．前記映像信号はカラー映像信号である請求項１に記載のサブ−システム 。 ２０．前記映像信号のセグメントは、輝度及びクロミナンス成分を伴うカラー 映像信号であって、 前記輝度及びクロミナンス成分の各々は、前記量子化されたデータストリーム を生成すべく前記量子化インデックスに対応する前記複数の量子化手段により分 離して量子化され、 前記可変長符号化手段は、輝度及びクロミナンス成分の各々用に前記複数の符 号化データストリームを生成し、 前記レート計測手段は、前記輝度及びクロミナンス成分の各々用に前記符号化 ストリームの各々用の前記ビットレートを決定し、 前記モデル部は、前記量子化インデックスに基づく前記輝度及びクロミナンス 成分の各々及び前記成分の各々用の前記ビットレート用の成分モデルをさらに生 成し、 量子化インデックス対レートの前記モデルは、前記成分モデルの合成である請 求項１０に記載のサブ−システム。 ２１．前記選択手段は、前記符号化ストリームを受け取り、所定の目標ビット レートに基づく絶対符号化レートエラーが最小となる輝度及びクロミナンス成分 の組み合わせに基づいて前記輝度及びクロミナンス成分用の選択符号化ストリー ムを生成する請求項２０に記載のサブ−システム。 ２２．前記更新手段は、前記輝度及びクロミナンス成分の各々用の最新量子化 インデックスを生成する請求項２１に記載のサブ−システム。 ２３．画像圧縮のために映像入力の符号化ビットレートを適応制御する方法に おいて、 複数の符号化データストリームを生成すべく所定の量子化セッティングのセッ トに従って映像セグメントを符号化するステップと、 所定の選択アルゴリズムに従って選択符号化ストリームを選択するステップと 、を具備する方法。 ２４．前記符号化ステップは、前記映像信号セグメントを量子化し、各々が前 記量子化セッティングの一つに従って量子化された複数の量子化ストリームを生 成する量子化ステップと、 可変長符号化アルゴリズムによって前記複数の量子化ストリームの各々を符号 化し、対応する複数の前記符号化ストリームを生成するする可変長符号化ステッ プと、を具備する請求項２３に記載の方法。 ２５．前記選択符号化ストリームに基づく制御信号を生成するステップと、前 記制御信号に従って前記量子化セッティングを更新するステップと、をさらに具 備する請求項２３に記載の方法。 ２６．前記複数の符号化ストリームの各々用に符号化ビットレートを決定する ステップと、 伝送に備えて前記選択符号化ストリームをバッファにストアするステップと、を さらに具備し、 前記制御信号は、前記選択ストリーム受け取り後の前記バッファの状態を示す バッファステータス信号である請求項２４に記載の方法。 ２７．前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化を含む請求項２４に記 載の方法。 ２８．前記可変長符号化アルゴリズムはハフマン符号化のゼロラン−レングス 符号化を含む請求項２４に記載の方法。 ２９．前記量子化セッティングの各々は、量子化インデックスに従って生成さ れた重み付けマスク関数を含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。 ３０．前記量子化インデックス及び前記符号化ビットレートに従って量子化イ ンデックス対レートのモデルを導出するステップと、 前記モデルのパラメータに従って前記量子化セッティングをさらに更新するス テップと、をさらに具備する請求項２８に記載の方法。 ３１．前記モデルは指数モデルである請求項３０に記載の方法。 ３２．画素データブロックを受け取り、前記映像信号セグメントとして前記エ ンコーダに与えられるＤＣＴ係数値ブロックを生成すべく前記画素データブロッ クに離散コサイン変換（ＤＣＴ）演算を実行するステップをさらに具備する請求 項２４に記載の方法。 ３３．前記可変長符号化の選択のための前記所定の選択基準は、所定の目標ビ ットレートに基づいて絶対符号化レートエラーを最小化し、 前記バッファステータスに従って前記目標ビットレートを更新するステップを さらに具備する請求項３０に記載の方法。 ３４．前記モデルに従って前記最新目標ビットレートに対応する量子化インデ ックスを導出することで前記量子化インデックスの最新セットを生成するステッ プをさらに具備する請求項３３に記載の方法。 ３５．前記量子化インデックスの最新セットの一つは前記最新目標ビットレー トに対応する量子化インデックスを導出することで生成され、他の量子化インデ ックスの最新セットは１−アンカー法に基づいて生成される請求項３４に記載の 方法。 ３６．前記量子化インデックスの最新セットの一つは前記最新目標ビットレー トに対応する量子化インデックスを導出することで生成され、他の量子化インデ ックスの最新セットは１−アンカー法に基づいて生成される請求項３４に記載の 方法。 ３７．前記映像信号入力は、輝度及びクロミナンス成分を伴うカラー信号であ って、 前記量子化ステップは、前記輝度及びクロミナンス成分を分離して量子化し、 前記可変長符号化ステップは、輝度及びクロミナンス成分の各々用に前記複数 の符号化データストリームを生成し、 前記符号化ビットレートを決定するステップは、前記輝度及びクロミナンス成 分の各々について実行され、 前記モデルを導出するステップは、前記輝度及びクロミナンス成分各々用の成 分モデルの合成モデルを導出する請求項３０に記載の方法。 ３８．前記選択ステップは、そのレートが所定の目標ビットレートに基づく絶 対符号化レートエラーを最小化する輝度及びクロミナンス成分の組み合わせに基 づいて、前記輝度及びクロミナンス成分用の選択成分符号化ストリームを選択す る請求項３７に記載の方法。 ３９．前記量子化セッティングを更新するステップは、前記輝度及びクロミナ ンス成分の各々用の最新量子化セッティングを生成する請求項３８に記載の方法 。
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