JP2002044668A - 画像情報変換装置及び方法 - Google Patents
画像情報変換装置及び方法Info
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Abstract
(ビットストリーム)を順次走査のMPEG4画像圧縮
情報(ビットストリーム)に変換するものであって、M
PEG4画像情報圧縮情報(ビットストリーム)のマク
ロブロックのアクティビティを算出するマクロブロック
アクティビティ算出部25と、VOPのコンプレキシテ
ィを算出するコンプレキシティ算出部24と、このコン
プレキシティに基づいてVOPの目標符号量を算出する
VOP目標符号量算出部26と、仮想バッファ27とを
有し、MPEG4画像情報圧縮部(I/P−VOP)2
0において画像情報をMPEG4画像圧縮情報(ビット
ストリーム)に符号化する際に、各VOPの参照量子化
スケールを均一化するレート制御を行う。
Description
る画像情報変換装置及び方法に関し、詳しくは、離散コ
サイン変換等の直交変換と動き補償によって圧縮された
MPEG等の画像情報(ビットストリーム)を衛星放
送、ケーブルTV、インターネット等のネットワークメ
ディアを介して受信する際に、若しくは光、磁気ディス
クのような記憶メディア上で処理する際に用いられる画
像情報を変換する画像情報変換装置及び方法に関する。
扱い、効率の高い情報の伝送、蓄積を目的とし、画像情
報特有の冗長性を利用して、離散コサイン変換等の直交
変換と動き補償により圧縮するMPEGなどの画像情報
圧縮方式が提供されている。そして、このような画像情
報圧縮方法に準拠した装置は、放送局などの情報配信、
及び一般家庭における情報受信の双方において普及しつ
つある。
818−2)は、飛び越し走査画像及び順次走査画像の
双方、並びに標準解像度画像及び高精細画像を網羅す
る、汎用画像符号化方式として定義されている。
れば、例えば、720×480画素を持つ標準解像度の
飛び越し走査画像に4〜8Mbpsの符号量(ビットレ
ート)を割り当て、1920×1088画素を持つ高解
像度の飛び越し走査画像に対して18〜22Mbpsの
符号量(ビットレート)を割り当てることにより、高い
圧縮率と良好な画質の実現が可能となる。
フェッショナル用途及びコンシューマー用途の広範なア
プリケーションに今後とも用いられるものと予想され
る。しかし、MPEG2は、主として放送用に適合する
高画質符号化を対象としており、例えばMPEG1より
低い符号量(ビットレート)、つまりより高い圧縮率の
符号化方式には対応していなかった。
後とも高い圧縮率の符号化方式のニーズは高まると思わ
れ、これに対応して、高い圧縮率を有するMPEG4符
号化方式の標準化が行われている。この画像符号化方式
に関しては、1998年12月にISO/IEC 14
496−2として国際標準の規格が承認された。
されたMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)
を、携帯端末上等で処理するのにより適した、より低い
符号量(ビットレート)の画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)に変換したいというニーズがある。
-Frame Transcoding with Spatial and Temporal
Downsampling”(Susie L Wee, John G. Aposto
lopoulos, and Nick Feamster, ICIP 99、以下こ
れを文献1と呼ぶ)において画像情報変換装置(トラン
スコーダ)が提供されている。
換装置(トランスコーダ)は、図5に示すように、ピク
チャタイプ判別部1と、MPEG2画像情報復号化部
(I/Pピクチャ)2と、間引き部3と、MPEG4画
像情報符号化部(I/P−VOP)4と、動きベクトル
合成部5と、動きベクトル検出部6とから構成されてい
る。
符号化されたイントラ符号化画像(Iピクチャ;I)、
表示順序で順方向を参照して予測符号化された順方向予
測符号化画像(Pピクチャ;P)及び表示順序で順方向
及び逆方向を参照して予測符号化された双方向予測符号
化画像(Bピクチャ;B)から構成される飛び越し走査
のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)が入力
される。
リーム)は、ピクチャタイプ判別部1において、I/P
ピクチャに関するものか、Bピクチャに関するものであ
るかを判別され、I/Pピクチャのみ後続のMPEG2
画像情報復号化部(I/Pピクチャ)2に出力され、B
ピクチャは破棄される。
チャ)2における処理は通常のMPEG2画像情報復号
化装置と同様に、MPEG2画像圧縮情報(ビットスト
リーム)を画像信号に復号するものである。
チャ)2の出力となる画素値は、間引き部3に入力され
る。間引き部3は、水平方向には1/2の間引き処理を
施し、垂直方向には、第一フィールド若しくは第二フィ
ールドのどちらか一方のデータのみを残し、もう一方を
廃棄する。このような間引きによって、入力となる画像
情報の1/4の大きさを持つ順次走査画像を生成する。
像はMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)4
によってフレーム内で符号化されたI−VOP及び表示
順序で順方向を参照して予測符号化されたP−VOPに
符号化され、MPEG4画像圧縮情報(ビットストリー
ム)として出力される。尚、VOPはVideo objectPla
neを意味し、MPEG2におけるフレームに相当するも
のである。
報(ビットストリーム)中の動きベクトル情報は、動き
ベクトル合成部5において間引き後の画像情報に対する
動きベクトルにマッピングされ、動きベクトル検出部6
においては、動きベクトル合成部5において合成された
動きベクトル値を元に高精度の動きベクトルを検出す
る。
情報(ビットストリーム)の1/2×1/2の大きさを
持つ順次走査画像のMPEG4画像圧縮情報(ビットス
トリーム)を生成する画像情報変換装置に関して記述し
ている。すなわち、例えば入力となるMPEG2画圧縮
情報(ビットストリーム)がNTSC(National Tele
vision System Committee)の規格に準拠したもので
あった場合、出力となるMPEG4画像圧縮情報はSI
Fサイズ(352×240画素)ということになる。
においては、MPEG4画像情報符号化部(I/P−V
OP)4における符号量制御が、出力となるMPEG4
画像圧縮情報(ビットストリーム)における画質を決定
する大きな要因となる。ISO/IEC 14496−
2においては、符号量制御の方式に関しては特に規定さ
れておらず、各ベンダが、アプリケーションに応じて、
演算量及び出力画質の観点から最適と考えられる方式を
用いることが出来る。以下では、代表的な符号量制御方
式として、MPEG2 Test Model 5(I
SO/IECJTC1/SC29/WG11 N040
0)で述べられている方式について述べる。
ーを用いて説明する。最初のステップS11において、
画像情報符号化部(I/P−VOP)4は、目標符号量
(ターゲットビットレート)、及び、GOP(group
of pictures)構成を入力変数として、各ピクチャへの
ビット配分を行う。ここで、GOPとは、ランダムアク
セス可能なピクチャの組である。
情報符号化部(I/P−VOP)4は、GOP内の各ピ
クチャに対する割り当てビット量を、割り当て対象ピク
チャを含めGOP内でまだ復号化されていないピクチャ
に対して割り当てられるビット量(以下、これをRとす
る)を基に配分する。この配分をGOP内の符号化ピク
チャ順に繰り返す。その際、以下に述べる2つの仮定を
用いて各ピクチャへの符号量割り当てを行う。
に用いる平均量子化スケールコードと発生符号量の積
は、画面が変化しない限り、ピクチャタイプ毎に一定値
となると仮定する。そこで、各ピクチャを符号化した
後、各ピクチャタイプ毎に、画面の複雑さを示す変数X
i,Xp,Xb(grobal complelxity measure)を次の
式(1)によって更新する。
の発生符号ビット量であり、Qi,Q p,Qbは、ピクチ
ャ符号化時の平均量子化スケールコードである。また、
初期値は、目標符号量(ターゲットビットレート)bi
t_rate[bits/sec]を用いて、式(2)
で示される値とする。
ドを基準としたP,Bピクチャの量子化スケールコード
の比率Kp,Kbが式(3)に定めた値となる場合に常に
全体の画質が最適化されると仮定する。
ードは、I,Pピクチャの量子化スケールコードの常に
1.4倍としている。これは、BピクチャをI,Pピク
チャに比較して多少粗めに符号化することにより、Bピ
クチャで節約できる符号量をI,Pピクチャに加える
と、I,Pピクチャの画質が改善され、これを参照する
Bピクチャの画質も改善されることを想定している。
に対する割り当てビット量(Ti,Tp,Tb)は式
(4)に示す値とする。
れていないP,Bピクチャの枚数である。
て、各ピクチャをステップS11,S12に従って符号
化する毎に、GOP内の未符号化ピクチャに対して割り
当てられるビット量Rを式(5)で更新する。
る際には、式(6)によりRを更新する。
シーケンスの最初でのRの初期値は0とする。
符号化装置(I/P−VOP)4は、仮想バッファを用
いたレート制御を行う。すなわち、ステップS12にお
いて、画像情報符号化装置(I/P−VOP)4は、ス
テップS11で式(4)により求められた各ピクチャに
対する割当ビット量(Ti,Tp,Tb)と、実際の発生
符号量を一致させるため、各ピクチャ毎に独立に設定し
た3種類の仮想バッファの容量を基に、量子化スケール
コードを、マクロブロック単位のフィードバック制御で
求める。
立ち、仮想バッファの占有量を式(7)によって求め
る。
ァの初期占有量、Bjはピクチャの先頭からj番目のマ
クロブロックまでの発生ビット量、MB_cntは1ピ
クチャ内のマクロブロック数である。各ピクチャ符号化
終了時の仮想バッファ占有量(dMB_cnt i,dMB_cnt p,
dMB_cnt b)は、それぞれ同一のピクチャタイプで、次
のピクチャに対する仮想バッファ占有量の初期値
(d0 i,d0 p,d0 b)として用いられる。
子化スケールコードを式(8)により計算する。
呼ばれるフィードバックループの応答を制御する変数で
あり、式(9)により与えられる。
初期値は式(10)で与えられる。
報符号化装置(I/P−VOP)4は、視覚特性を考慮
したマクロブロック毎の適応量子化を行う。すなわち、
ステップS13において、画像情報符号化部(I/P−
VOP)4は、ステップS12で求められた量子化スケ
ールコードを、視覚的に劣化の目立ちやすい平坦部でよ
り細かく量子化し、劣化の比較的目立ちにくい絵柄の複
雑な部分で粗く量子化するように、各マクロブロック毎
のアクティビティと呼ばれる変数によって変化させてい
る。
を用い、フレーム離散コサイン変換モードにおける4個
のブロックと、フィールド離散コサイン変換モードにお
ける4個のブロックとの、合計8ブロックの画素値を用
いて式(11)で与えられる。
画素値である。式(11)において最小値を採るのは、
マクロブロック内の一部だけでも平坦部分のある場合に
は量子化を細かくするためである。
2の範囲を取る正規化アクティビティNactjを求め
る。
したピクチャでのactjの平均値である。
mquantjはステップS12で得られた量子化スケ
ールコードQjを基に式(13)で与えられる。
おいて定められた上記符号量制御方式には以下の制限の
あることが知られており、実際の制御を行う場合には、
これらの制限に対する対策が必要となる。すなわち、第
一の制限は、第一ステップS11はシーンチェンジに対
応出来ず、また、シーンチェンジ後には第三ステップS
13で用いる媒介変数avg_actが間違った値とな
るということである。第二の制限は、MPEG2及びM
PEG4において規定されているVBV(Video Buffe
r Verifier)の拘束条件を満たす保証がないことであ
る。
解析とその符号量制御への応用”(信学技報、IE−9
5, DSP95−10, 1995年5月、以下これ
を文献2と呼ぶ)でも述べられている通り、Test
Model 5で定められている符号量制御方式は、M
PEG−2画像符号化装置において、必ずしも良好な画
質を与えるものではない。
るための、GOP内における各フレーム毎の最適な符号
量配分を与える手法として以下の方式を提案している。
すなわち、NI,NP,NBを、GOP内においてまだ符
号化されていないI,P,Bピクチャの枚数として、こ
れらに割り当てられる符号量をRI,RP,RBとする。
また、式(14)で与えられる固定レート条件の下に、
それぞれにおける量子化ステップサイズをQI,QP,Q
Bとし、mを、量子化ステップサイズと再生誤差分散を
関係付ける次数(すなわち、量子化ステップサイズをm
乗したものの平均値の最小化が再生誤差分散を最低にす
ると仮定する)とする。そして、式(15)を最小にす
ることを考える。
化スケールQ、及び符号量Rは、Test Model
5でも用いられる媒体変数である各フレームのコンプ
レキシティXと、式(16)のように関係づけられる。
4)の拘束条件の元に式(15)を最小にするRI,
RP,RBを、ラグランジェの未定乗数法を用いて算出す
ると、最適なRI,RP,RBとして以下の式のような値
が求められる。
Test Model 5で定められた符号量制御方
式における式(4)との関係は以下の通りであると言え
る。すなわち、式(17)は、符号量制御の媒介変数で
あるKp,Kbを、各フレームのコンプレキシティXI,
XP,XBに応じて、式(18)のように適応的に算出し
ていることに他ならない。
0.6〜1.2程度に設定することで良好な画質が得ら
れることが示されている。
EG4画像情報符号化装置(I/P−VOP)4におい
て、MPEG2 Test Model 5において定
められたのと同様な手法を用いて符号量制御を行った場
合、シーンチェンジ等に起因する、GOP内でのコンプ
レキシティの変化に対応することが不可能であるため、
安定した符号量制御が困難となり、画質劣化を引き起こ
すことが考えられる。MPEG2画像情報復号化部(I
/Pピクチャ)2において抽出される、入力となるMP
EG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内の情報をM
PEG4画像圧縮情報符号化部(I/P−VOP)4に
おいて利用することでこの問題を回避することが可能で
あると期待される。
は、先に図7に示すような画像情報変換装置を提案し
た。
判別部7と、圧縮情報解析部8と、MPEG2画像情報
復号化部(I/Pピクチャ)9と、間引き部10と、M
PEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)11と、
動きベクトル合成部12と、動きベクトル検出部13
と、情報バッファ14と、コンプレキシティ算出部15
とから構成される。
8、情報バッファ14、コンプレキシティ算出部15及
びMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)11
における符号量制御以外の動作原理については、図5に
示した画像情報変換装置と同様であるため、以下では、
圧縮情報解析部8、情報バッファ14、コンプレキシテ
ィ算出部15における動作原理及びMPEG4画像情報
符号化部(I/P−VOP)11における符号量制御に
ついて述べることにする。
いられた量子化スケールのフレーム全体に渡る平均値
Q、及び、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビット
ストリーム)において、当該フレームに割り当てられた
総符号量(ビット数)Bは、情報バッファ14に格納さ
れる。
情報バッファ14に格納されたフレーム毎の情報Q及び
Bから、当該フレームに対するコンプレキシティXを式
(19)により算出する。
ームに対するコンプレキシティXは、1GOV(group
of VOPs)分バッファリングされた後、MPEG4画
像情報符号化部(I/P−VOP)11に符号量制御の
ための媒介変数として伝送される。このため、1GOV
分の遅延が必要となる。この遅延は図示しない遅延バッ
ファを用いて実現される。ここで、GOVとは、ランダ
ムアクセス可能なVOPの組である。
た、GOV内の各フレームに対するコンプレキシティX
が、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)1
1においてどのように用いられるかについて述べる。
尚、以下では、ピクチャタイプ判別部7がこの画像情報
変換装置内に存在せず、フレームレートの変換を行わな
い場合をも考慮することにする。
意味するところは、I−VOPに対する理想的な平均量
子化スケールQi_idealに対するP−VOP/B−VO
Pに対する理想的な平均量子化スケールQp_ideal,Q
b_idealの比が、式(20)によって与えられるという
ことである。
おいては、式(18)のように適応的にKp,Kbを算出
することを行わず、式(3)に示したような固定値を用
いている。
P1と、或るVOP2に対するコンプレキシティをそれ
ぞれX1,X2とし、理想的な量子化スケールをQ
1_ideal,Q2_idealとすれば、式(21)のようにな
る。
del 5のように、式(3)に示した固定値を用いた
い場合には、式(21)に代えて、式(22)のように
すれば良い。
して割り当てられる総符号量(ビット数)をRとし、R
が、各VOPに対して、R1,R2,…Rnといったよう
に割り当てられる時、当該GOVに対する画質が最適化
されるものとする。ここでRとR1,R2,…Rnの間に
は式(23)のような関係式が成り立つ。
Qk、割当符号量Rk、コンプレキシティXkの間には式
(24)なる関係があることにも注意して、式(23)
を変形すれば式(25)が得られる。
しては、式(21)に示した値を用いても、式(22)
に示した値を用いても良いが、前者の方が、画像に応じ
た、より最適な符号量配分を実現することが可能であ
る。その際、1/(1+m)の値を1.0と設定するこ
とで、指数演算を行うことが不要となり、高速な実行が
可能となる。また、1/(1+m)の値を1.0以外に
設定する場合にも、予めテーブルを持ち、これを参照し
て指数演算を行うことで高速な実行が可能となる。
プレキシティXkはMPEG4画像符号化によるもので
あるが、MPEG2画像符号化による各フレームに対す
るコンプレキシティと、MPEG4画像符号化による各
フレームに対するコンプレキシティが等しいと仮定すれ
ば、コンプレキシティ算出部15に格納されたXkを用
いることで、式(25)によって当該VOPに対する目
標符号量を算出することが可能である。
す。最初のステップS21において、圧縮情報解析部8
は、MPEG2画像情報復号化部9における復号処理に
用いられるGOP内の各フレームに対する平均量子化ス
ケールQ,及び割当符号量(ビット数)Bを抽出する。
ィ算出部15は、平均量子化スケールQ及び割当符号量
(ビット数)Bの積で与えられるコンプレキシティXを
算出する。
符号化部(I/P−VOP)11は、コンプレキシティ
Xに応じた目標符号量(ターゲットビット)を算出す
る。
は、GOP内におけるI,P,Bピクチャに対するコン
プレキシティXi,Xp,Xbは一定であると仮定してい
るが実際にはシーンチェンジをGOP内に含む場合や、
GOP内で背景が著しく変化する場合等ではこの仮定が
成り立たず、安定した符号量制御の妨げとなり、画質劣
化の要因ともなる。図7に示した画像情報変換装置にお
いては、そのような場合にも、入力となるMPEG2画
像圧縮情報(ビットストリーム)における、各フレーム
に対するコンプレキシティに基づいた符号量制御を行う
ため、画質劣化を引き起こすことなく、安定した符号量
制御を行うことが可能である。
た符号量制御方式において、ステップS13における適
応量子化が有効に作用するためには、j番目のマクロブ
ロックに対する量子化スケールコード、つまり式(8)
におけるQjがフレーム全体に渡って均一な値を取るこ
とが望ましい。そこで、CCIR(Comite Consultant
if Internationale des Radio Communications)テ
ストシーケンスの一つである“Flower Gard
en”を、n=15;m=3の条件の元、4Mbpsに
圧縮したMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)
を、図7に示した画像情報変換装置を用いて、n=5;
m=1のMPEG4画像圧縮情報(ビットストリーム)
に変換する際の、あるVOPに対するQjがどのような
値を取るかを図9に示す。
に渡って均―な値を取ることが望ましいが、実際には、
式(7)における仮想バッファ占有量(dj i,dj p,d
j b)がマクロブロック毎に変化するため、VOP全体に
渡って均一な値とならない。
ものであって、Qjの変動を抑制して符号量を制御する
ような画像情報変換装置及び方法を提供することを目的
とする。
めに、本発明は、第1の圧縮符号化方式で圧縮された飛
び越し走査の入力画像圧縮情報を、第2の圧縮符号化方
式で圧縮された順次走査の出力画像圧縮情報に変換する
ものであって、上記入力画像圧縮情報及び上記出力画像
圧縮情報を構成する符号化画像は、それぞれ複数の画素
からなる画素ブロックから構成され、上記入力画像圧縮
情報における画素ブロックの第1のアクティビティに基
づいて、上記出力画像圧縮情報における画素ブロックの
第2のアクティビティの推定値を算出し、上記第2のア
クティビティの推定値を利用し、仮想バッファのバッフ
ァ占有量に基づいて上記出力画像圧縮情報の各符号化画
像での参照量子化スケールを均一化するレート制御を行
い、画像情報を上記出力画像圧縮情報に変換するもので
ある。
圧縮情報(ビットストリーム)を入力画像圧縮情報と
し、順次操作のMPEG4画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)を出力画像圧縮情報とする。これらMPEG2画
像圧縮情報(ビットストリーム)及びMPEG4画像圧
縮情報は、複数の画素から構成される画素ブロックすな
わちマクロブロックから構成されている。また、MPE
G2画像圧縮情報(ビットストリーム)及びMPEG4
画像圧縮情報(ビットストリーム)は、画像群すなわち
GOP(group of pictures)及びGOV(group of
VOPs)からそれぞれ構成されている。そして、画像群
であるGOP及びGOVは、複数の符号化画像すなわち
ピクチャ(picture)及びVOP(video object plan
e)からそれぞれ構成されている。
するために、飛び越し走査のMPEG2画像情報圧縮情
報(ビットストリーム)を入力とし、ピクチャタイプ判
別部、圧縮情報解析部、MPEG2画像情報復号化部
(I/Pピクチャ)、間引き部、MPEG4画像情報符
号化部(I/P−VOP)、動きベクトル合成部、動き
ベクトル検出部、情報バッファ、VOPコンプレキシテ
ィ算出部、マクロブロックアクティビティ算出部、VO
P目標符号量算出部及び仮想バッファを兼ね備え、MP
EG4画像情報符号化部における符号量制御の過程にお
いて、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットスト
リーム)における、各マクロブロックに対するアクティ
ビティ情報から、出力となるMPEG4画像圧縮情報
(ビットストリーム)における各マクロブロックに対す
るアクティビティ情報の推定値を算出し、これを仮想バ
ッファの更新において利用することで、符号量制御のス
テップに伴う参照量子化スケールの変動を最小限に抑
え、各マクロブロックに対する符号量割当が画像に対し
て最適化された状態で、順次走査のMPEG4画像圧縮
情報(ビットストリーム)を出力する手段を提供するも
のである。
は、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)内で、I/Pピクチャに関するものだけ残してB
ピクチャに関するものは廃棄する。圧縮情報解析装置
は、1GOP分の遅延を実現すると同時に、入力となる
MPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内で、各
フレームに対して割り当てられた符号量(ビット数)及
び各フレームにおける平均量子化スケール、並びに、各
フレームにおいて、後段のMPEG4画像圧縮情報でそ
れぞれの擬似スライスを構成するマクロブロック全体に
渡る平均量子化スケール及び発生符号量(ビット数)を
抽出する。MPEG2画像情報復号化装置(I/Pピク
チャ)は、ピクチャタイプ判別部の出力となる、I/P
ピクチャに関する圧縮情報(ビットストリーム)を、水
平方向垂直方向ともに、8次の離散コサイン係数全てを
用いた、若しくはその低域成分のみを用いた復号処理を
行う。間引き部は、MPEG2画像情報復号化部(l/
Pピクチャ)の出力である画像情報の第一フィールド若
しくは第二フイールドのみを取り出して順次走査画像へ
の変換を行うと同時に、所望の画枠サイズに変換するた
めのダウンサンプリングを行う。MPEG4画像情報符
号化部(I/P−VOP)は、間引き部の出力となる画
像情報をMPEG4符号化方式により符号化する。動き
ベクトル合成部は、MPEG2画像情報復号化部(I/
Pピクチャ)で検出された、入力となる画像圧縮情報
(ビットストリーム)内の動きベクトル値を元に、走査
変換後の画像データに対する動きベクトル値にマッピン
グを行う。動きベクトル検出装置は、動きベクトル合成
部から出力される動きベクトル値を元に、高精度の動き
ベクトル検出を行う。情報バッファは、圧縮情報解析部
において抽出された、入力となるMPEG2画像圧縮情
報(ビットストリーム)における各フレームに割り当て
られた符号量(ビット数)及び各フレームに対する平均
量子化スケール、並びに、各マクロブロックに対する量
子化スケール及び発生符号量(ビット数)を格納する。
VOPコンプレキシティ算出部は、情報バッファに格納
された、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットス
トリーム)における、各フレームに割り当てられた符号
量(ビット数)、及び各フレームに対する平均量子化ス
ケールから、出力となるMPEG4画像圧縮情報(ビッ
トストリーム)における各VOPに対するコンプレキシ
ティの推定値を算出する。マクロブロックアクティビテ
ィ算出部は、情報バッファに格納された、入力となるM
PEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)における、
各マクロブロックに対する符号量(ビット数)及び量子
化スケールから、出力となるMPEG4画像圧縮情報
(ビットストリーム)における各マクロブロックに対す
るアクティビティの推定値を算出する。VOP目標符号
量算出部は、VOPコンプレキシティ算出部において算
出された、各VOPに対するコンプレキシティに基づい
て各VOPに対する目標符号量(ターゲットビット)の
算出を行う。仮想バッファは、VOP目標符号量算出部
において算出された、当該VOPに対する目標符号量
(ターゲットビット)及びマクロブロックアクティビテ
ィ算出部において算出された、出力となるMPEG4画
像圧縮情報(ビットストリーム)内の各マクロブロック
に対するアクティビティの推定値から、各VOPに対す
る仮想バッファ占有量を算出し、その情報をMPEG4
画像情報符号化部(I/P−VOP)に伝送する。
レームレートの変換を行わない装置構成も可能である。
また、VOP目標符号量算出部において、入力となるM
PEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)における各
フレームに対するコンプレキシティを用いず、MPEG
2 Test Mode1 5に定められているのと同
様の方式により各VOPに対する目標符号量を算出する
装置構成も考えられる。
施例について説明する。
の画像情報変換装置について、図1を参照して説明す
る。
判別部16と、圧縮情報解析部17と、MPEG2画像
情報復号化部(I/Pピクチャ)18と、間引き部19
と、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)2
0と、動きベクトル合成部21と、動きベクトル検出部
22と、情報バッファ23と、VOPコンプレキシティ
算出部24と、マクロブロックアクティビティ算出部2
5と、VOP目標符号量算出部26と、仮想バッファ2
7とから構成されている。
符号化されたイントラ符号化画像(Iピクチャ;I)、
表示順序で順方向を参照して予測符号化された順方向予
測符号化画像(Pピクチャ;P)及び表示順序で順方向
及び逆方向を参照して予測符号化された双方向予測符号
化画像(Bピクチャ;B)から構成される飛び越し走査
のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)が入力
される。
リーム)は、ピクチャタイプ判別部16において、I/
Pピクチャに関するものか、Bピクチャに関するもので
あるかを判別され、I/Pピクチャのみ後続の圧縮情報
解析部17に出力され、Bピクチャは破棄される。
画像情報復号化装置(I/Pピクチャ)18における復
号処理に用いられる量子化スケールのフレーム全体に渡
る平均値Q、及び、入力となるMPEG2画像圧縮情報
(ビットストリーム)において、当該フレームに割り当
てられた総符号量(ビット数)Bは、情報バッファ23
に格納される。
チャ)18における処理は通常のMPEG2画像情報復
号化装置と同様に、MPEG2画像圧縮情報(ビットス
トリーム)を画像信号に復号するものである。ここで、
Bピクチャに関するデータはピクチャタイプ判別部16
において廃棄されているので、MPEG2画像情報復号
化部(I/Pピクチャ)18は、I/Pピクチャのみを
復号化出来る機能を有すればよい。
チャ)18の出力となる画素値は、間引き部19に入力
される。間引き部19は、水平方向には1/2の間引き
処理を施し、垂直方向には、第一フィールド若しくは第
二フィールドのどちらか一方のデータのみを残し、もう
一方を廃棄する。このような間引きによって、入力とな
る画像情報の1/4の大きさを持つ順次走査画像を生成
する。
像をMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)2
0において16×16画素で構成されるマクロブロック
単位で符号化するためには、水平方向、垂直方向とも
に、その画素数が16の倍数である必要が有る。間引き
部19においては、このための画素の補填若しくは廃棄
を、間引きと同時に行う。
報(ビットストリーム)がNTSC(National Televi
sion System Committee)の規格に準拠したもの、つ
まり720×480画素、30Hzの飛び越し走査画像
であった場合、間引き後の画枠はSIF(360×24
0画素)サイズということになる。この画像に対して、
間引き部19において、例えば水平方向の右端若しくは
左端の8ラインを廃棄して352×240画素とする。
行うことで、これ以外の画枠、例えば上記の例で、約1
/4×1/4の画枠であるQSIF(176×112画
素)サイズの画像に変換することも可能である。
情報復号化部(I/Pピクチャ)18における処理とし
て、水平方向、垂直方向それぞれについて、入力となる
MPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内の、8
次の離散コサイン変換係数すべてを用いた復号処理を行
う画像情報変換装置について述べられているが、図1に
示した装置に関してはその限りではなく、水平方向の
み、或いは水平方向、垂直方向ともに、8次の離散コサ
イン変換係数のうちの低域成分のみを用いた復号処理を
行い、画質劣化を最小限に抑えながら、復号処理に伴う
演算量とビデオメモリ容量を削減することが可能であ
る。
画像はMPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)
20によってフレーム内で符号化されたI−VOP及び
表示順序で順方向を参照して予測符号化されたP−VO
Pに符号化され、MPEG4画像圧縮情報(ビットスト
リーム)として出力される。
し、MPEG2におけるフレームに相当するものであ
る。また、I−VOPはIピクチャに対応するイントラ
符号化VOP、P−VOPはPピクチャに対応する順方
向予測符号化VOP、B−VOPはBピクチャに対応す
る双方向予測符号化VOPである。
OP)20における符号化の際には、入力となるMPE
G2画像圧縮情報(ビットストリーム)中の動きベクト
ル情報は、動きベクトル合成部21において間引き後の
画像情報に対する動きベクトルにマッピングされ、動き
ベクトル検出部22においては、動きベクトル合成部2
1において合成された動きベクトル値を元に高精度の動
きベクトルを検出する。
れた、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットスト
リーム)における各フレームに割り当てられた符号量
(ビット数)及び各フレームに対する平均量子化スケー
ルが情報バッファ17に格納され、出力となるMPEG
4画像圧縮情報(ビットストリーム)における当該VO
Pに対する目標符号量を算出する際に用いられるが、同
時に、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットスト
リーム)における、各マクロブロックに対する割当符号
量及び量子化スケールもまた、情報バッファ17に格納
される。
て、入力となる飛び越し走査のMPEG2画像圧縮情報
(ビットストリーム)の、1/2×1/2の画枠サイズ
を持つ、順次走査のMPEG4画像圧縮情報(ビットス
トリーム)が出力される場合を考える。この時、入力と
なるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)にお
けるマクロブロックと、出力となるMPEG4画像圧縮
情報(ビットストリーム)におけるマクロブロックの対
応関係を図2に示す。すなわち、入力となるMPEG2
画像圧縮情報(ビットストリーム)における4つのマク
ロブロックMB 0,MB1,MB2m,MB2m+1により構成
される領域aが、出力となるMPEG4画像圧縮情報
(ビットストリーム)においては、1つのマクロブロッ
クMb0に対応する。
ックアクティビティ算出部25においては、まず、入力
となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内
での各マクロブロックに対するアクティビティを算出す
る。すなわち、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビ
ットストリーム)において、マクロブロックMBkに割
り当てられた符号量(ビット数)をBMBk量子化スケー
ルをQMBkとすれば、当該マクロブロックに対するコン
プレキシティXMBkは、次の式(26)によって与えら
れる。
部25において、式(26)によって算出された、入力
となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)内
での各マクロブロックMb1に対するアクティビティX
Mb1から、出力となるMPEG4画像圧縮情報(ビット
ストリーム)内での各マクロブロックMb1に対するアク
ティビティXMb1を算出し、仮想バッファ27に伝送す
る。図2の例においては、次の式(27)によって与え
られる。
(28)となる。
入力となる複数のデータの最小値を取る関数等でも良
い。
ィ算出部25においては、当該VOP全体に渡るXMbk
の合計Xtotalを次の式(29)のように算出し、仮想
バッファ27に伝送する。ここでΩは当該VOP全体を
意味する。
対応して、仮想バッファ(dj i,d j p,dj b)の占有量
を式(30)のように求める。
量(dMB_cnt i,dMB_cnt p,dMB_c nt b)はそれぞれ同
一のピクチャタイプで、次のVOPに対する仮想バッフ
ァ占有量の初期値(d0 i,d0 p,d0 b)として用いられ
る。
P−VOP)20における符号量制御の動作フローを図
3に示す。
解析部17は、ピクチャタイプ判別部16を介して入力
されたMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)の
構文を解析し、各フレームに対する割当符号量(ビット
数)及び各フレームにおける平均量子化スケールに関す
る情報を抽出し、情報バッファ23に格納する。同時
に、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)における、各マクロブロックに対する割当符号量
及び量子化スケールも格納する。
キシティ算出部24は、情報バッファ23に格納され
た、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビットストリ
ーム)内の、各フレームに対する割当符号量(ビット
数)及び各フレームにおける平均量子化スケールに関す
る情報から、各VOPに対するコンプレキシティの推測
値を1GOV分算出する。
量算出部26は、各VOPに対する目標符号量(ターゲ
ットビット)を算出し、仮想バッファ27に転送する。
アクティビティ算出部25は、入力となるMPEG2画
像圧縮情報(ビットストリーム)内での各マクロブロッ
クに対するアクティビティを算出する。
アクティビティ算出部25は、各VOP内でのマクロブ
ロックに対するアクティビティの推定値を算出し、仮想
バッファ27に転送する。
(dj i,dj p,dj b)の占有量を求める。そして、ステ
ップS37において、MPEG4画像情報符号化部(I
/P−VOP)部20は、視覚特性を考慮したマクロブ
ロックごとの適応量子化を行う。
の画像情報変換装置について、図4を参照して説明す
る。
判別部28と、圧縮情報解析部29と、MPEG2画像
情報復号化部(I/Pピクチャ)30と、間引き部31
と、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VOP)3
2と、動きベクトル合成部33と、動きベクトル検出部
34と、情報バッファ34と、マクロブロックアクティ
ビティ算出部36と、VOP目標符号量算出部37と、
仮想バッファ38とから構成されている。
した画像情報変換装置における相違点は、図1に示した
画像情報変換装置においては、MPEG4画像情報符号
化装置(I/P−VOP)20における、各VOPに対
する目標符号量(ターゲットビット)を式(25)によ
り算出するのに対し、図4に示した画像情報変換部にお
いては、MPEG4画像情報符号化部(I/P−VO
P)32における、各VOPに対する目標符号量(ター
ゲットビット)を式(4)により算出する点にある。す
なわち、図4に示した画像情報変換装置においては、圧
縮情報解析部29において、入力となるMPEG2画像
圧縮情報(ビットストリーム)におけるGOP構造を抽
出してこれを情報バッファ35に格納し、これより、V
OP目標符号量算出部37においては、出力となるMP
EG4画像圧縮情報(ビットストリーム)におけるGO
V構造を決定し、式(4)に基づいて各VOPに対する
目標符号量(ターゲットビット)の算出を行う。
(ビットストリーム)を、出力としてMPEG4画像圧
縮情報(ビットストリーム)を対象としてきたが、入
力、出力ともこれに限らず、例えばMPEG−1やH.
263などの画像圧縮情報(ビットストリーム)でも良
い。
し走査のMPEG2画像圧縮情報(ビットストリーム)
を入力とし、入力となるMPEG2画像圧縮情報(ビッ
トストリーム)内での各マクロブロックに対するアクテ
ィビティ情報から、出力となるMPEG4画像圧縮情報
(ビットストリーム)内での各マクロブロックに対する
アクティビティ情報の推定値を算出し、これを用いて、
MPEG4画像符号化における仮想バッファの更新を行
うことで、符号量制御におけるコンプレキシティを算出
するステップに伴う参照量子化スケールの変動を最小限
に抑え、各マクロブロックに対する符号量割当が画像に
対して最適化された状態で順次走査のMPEG4画像圧
縮情報(ビットストリーム)に変換して出力する手段を
提供するものである。
示すブロック図である。
及びMPEG4画像圧縮情報(ビットストリーム)にお
けるマクロブロックの対応関係を示す図である。
作フローを示す図である。
示すブロック図である。
図である。
O/IEC JTC1/SC29/WG11 N040
0)で述べられている符号量制御方式の動作原理を示す
フローチャートである。
を示す図である。
動作を示すフローチャートである。
ower Garden”を、n=15;m=3の条件
の元で変換する際の、あるVOPに対するQjがどのよ
うな値を取るかを示した図である。
18 MPEG2画像情報復号化部(I/Pピクチ
ャ)、19 間引き部、20 MPEG4画像情報符号
化部(I/P−VOP)、21 動きベクトル合成部、
22 動きベクトル検出部、23 情報バッファ、24
VOPコンプレキシティ算出部、25 擬似スライス
コンプレキシティ算出部、26 VOP目標符号量算出
部、27 擬似スライス目標符号量算出部
Claims (17)
- 【請求項1】 第1の圧縮符号化方式で圧縮された飛び
越し走査の入力画像圧縮情報を、第2の圧縮符号化方式
で圧縮された順次走査の出力画像圧縮情報に変換する画
像情報変換装置において、 上記入力画像圧縮情報及び上記出力画像圧縮情報を構成
する符号化画像は、それぞれ複数の画素からなる画素ブ
ロックから構成され、 上記入力画像圧縮情報における画素ブロックの第1のア
クティビティに基づいて、上記出力画像圧縮情報におけ
る画素ブロックの第2のアクティビティの推定値を算出
するアクティビティ算出手段と、 上記アクティビティ算出手段で算出した第2のアクティ
ビティの推定値を利用し、仮想バッファのバッファ占有
量に基づいて上記出力画像圧縮情報の各符号化画像での
参照量子化スケールを均一化するレート制御を行い、画
像情報を上記出力画像圧縮情報に変換する変換手段とを
有することを特徴とする画像情報変換装置。 - 【請求項2】 上記アクティビティ算出手段は、上記第
1のアクティビティの推定値を次の式によって算出する
ことを特徴とする請求項1記載の画像情報変換装置。 【数1】 ただし、上記入力画像圧縮情報の符号化画像を構成する
画素ブロックMBkに対する量子化スケールをQMBkと、
割当ビット量をBMBkと、アクティビティをXMB kとす
る。 - 【請求項3】 上記アクティビティ算出手段は、上記第
2のアクティビティの推定値を次の式によって算出する
ことを特徴とする請求項2記載の画像情報変換装置。 【数2】 ただし、上記入力画像圧縮情報の符号化画像を構成する
画素ブロックMBk,MBk+1,…のアクティビティをX
MBk,XMBk+1,…と、上記出力画像圧縮情報の符号化画
像を構成する画素ブロックMblのアクティビティをX
Mblとする。また、関数をfとする。 - 【請求項4】 上記関数fとして、入力データの平均値
を出力する関数を用いることを特徴とする請求項3記載
の画像情報変換装置。 - 【請求項5】 上記関数fとして、入力データの最小値
を出力する関数を用いることを特徴とする請求項3記載
の画像情報変換装置。 - 【請求項6】 上記アクティビティ算出手段は、上記出
力画像圧縮情報の符号化画像を構成する画素ブロックの
第2のアクティビティの総和を次の式によって算出する
ことを特徴とする請求項3記載の画像情報変換装置。 【数3】 ただし、上記出力画像圧縮情報の符号化画像に含まれる
全ての画素ブロックの集合をΩと、上記符号化画像のア
クティビティの総和をXtotalとする。 - 【請求項7】 上記出力画像圧縮情報は、フレーム内で
符号化するイントラ符号化画像、表示順序で順方向を参
照する順方向予測符号化画像、表示順序で順方向及び逆
方向を参照する双方向予測符号化画像から構成され、上
記変換手段は上記符号化画像の画素ブロックにおける仮
想バッファの占有量を次の式によって与えることを特徴
とする請求項6記載の画像情報変換装置。 【数4】 ただし、上記出力画像圧縮情報を構成するイントラ符号
化画像、順方向予測符号化画像及び双方向予測符号化画
像に対して、それぞれ、目標符号量をTi,Tp,T
bと、仮想バッファの占有量の初期値をd0 i、d0 p、d0
bと、各符号化画像内でj番目の画素ブロックにおける
仮想バッファの占有量をdj i,dj p,dj bとする。ま
た、各符号化画像内で先頭からj番目の画素ブロックま
での発生ビット量をBiとする。 - 【請求項8】 上記変換手段は、イントラ符号化画像、
順方向予測符号化画像及び双方向予測符号化画像のそれ
ぞれの種類について、直前に変換した符号化画像の処理
終了時における値を、同一の種類の新規な符号化画像の
仮想バッファの占有量の初期値とすることを特徴とする
請求項7記載の画像情報変換装置。 - 【請求項9】 上記入力画像圧縮情報は、複数の符号化
画像から構成される画像群の構造を解析する解析手段を
有し、上記変換手段はこの解析手段から得られた情報に
基づいて上記出力画像圧縮情報の各符号化画像に対する
目標符号量を算出することを特徴とする請求項1記載の
画像情報変換装置。 - 【請求項10】 上記解析手段により得られた情報から
コンプレキシティを算出するコンプレキシティ算出手段
を有し、上記変換手段はこのコンプレキシティ算出手段
で算出されたコンプレキシティを利用して上記出力画像
圧縮情報の各符号化画像に対する目標符号量を算出する
ことを特徴とする請求項9記載の画像情報変換装置。 - 【請求項11】 上記出録画像圧縮情報は、フレーム内
で符号化するイントラ符号化画像、表示順序で順方向を
参照する順方向予測符号化画像、表示順序で順方向及び
逆方向を参照する双方向予測符号化画像から構成され、
上記イントラ符号化画像及び上記順方向予測符号化画像
を通過させるが、上記双方向予測符号化画像を破棄する
判別手段を有することを特徴とする請求項1記載の画像
情報変換装置。 - 【請求項12】 上記第1の圧縮符号化方式はMPEG
2であり、上記第2の圧縮符号化方式はMPEG4であ
ることを特徴とする請求項1記載の画像情報変換装置。 - 【請求項13】 第1の圧縮符号化方式で圧縮された飛
び越し走査の入力画像圧縮情報を、第2の圧縮符号化方
式で圧縮された順次走査の出力画像圧縮情報に変換する
画像情報変換方法において、 上記入力画像圧縮情報及び上記出力画像圧縮情報を構成
する符号化画像は、それぞれ複数の画素からなる画素ブ
ロックから構成され、 上記入力画像圧縮情報における画素ブロックの第1のア
クティビティに基づいて、上記出力画像圧縮情報におけ
る画素ブロックの第2のアクティビティの推定値を算出
し、 上記第2のアクティビティの推定値を利用し、仮想バッ
ファのバッファ占有量に基づいて上記出力画像圧縮情報
の各符号化画像での参照量子化スケールを均一化するレ
ート制御を行い、画像情報を上記出力画像圧縮情報に変
換することを特徴とする画像情報変換方法。 - 【請求項14】 上記第1のアクティビティの推定値を
次の式によって算出することを特徴とする請求項13記
載の画像情報変換方法。 【数5】 ただし、上記入力画像圧縮情報を構成する画素ブロック
MBkに対する量子化スケールをQMBkと、割当ビット量
をBMBkと、アクティビティをXMBkとする。 - 【請求項15】 上記第2のアクティビティを次の式に
よって算出することを特徴とする請求項14記載の画像
情報変換方法。 【数6】 ただし、上記入力画像圧縮情報の符号化画像を構成する
画素ブロックMBk,MBk+1,…のアクティビティをX
MBk,XMBk+1,…と、上記出力画像圧縮情報の符号化画
像を構成する画素ブロックMblのアクティビティをX
Mblとする。また、関数をfとする。 - 【請求項16】 上記関数fとして、入力データの平均
値を出力する関数を用いることを特徴とする請求項15
記載の画像情報変換方法。 - 【請求項17】 上記関数fとして、入力データの最小
値を出力する関数を用いることを特徴とする請求項15
記載の画像情報変換方法。
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