JP2002152757A - 映像信号符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ｎフレーム分の符号量を所望の値以下と制御
する際、フレーム後半で符号量が不足したり、量子化ス
テップが大きく変動するのを防止すること。 【解決手段】 並べ替えメモリ１０２に信号が蓄えられ
た時点で、ベクトル検出手段１１２において処理を行う
Ｎ−１フレームの全ブロックについてフレーム間符号化
もしくはフレーム内符号化の選択を行う。目標符号量算
出手段１１４においてフレーム全体で均一にブロック毎
の符号量を割り振ることで、Ｎフレーム毎の符号量を所
定の値以下とする制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像信号の高能率
符号化等に用いる映像信号符号化装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】映像信号のディジタル化に伴い、映像信
号を高能率符号化して記録あるいは伝送する技術が重要
となってきている。この高能率符号化の中にフレーム間
の相関を利用したものがある。

【０００３】図２にフレーム間の相関を用いる映像信号
符号化装置の構成を示す。図２において、２０１は入力
端子、２０２は並べ替えメモリ、２０３は減算手段、２
０４は直交変換手段、２０５は量子化手段、２０６は逆
量子化手段、２０７は逆直交変換手段、２０８は加算手
段、２０９は参照メモリ、２１０は動きベクトルを検出
するベクトル検出手段、２１１は動きベクトルをもとに
動き補償を行う動き補償手段、２１２はスイッチ、２１
３はバッファ、２１４はバッファの残量から量子化ステ
ップを制御するレート制御手段、２１５は符号化データ
の出力端子である。

【０００４】以上のように構成された従来の映像信号符
号化装置の動作について説明する。入力端子２０１より
入力された映像信号は並べ替えメモリ２０２に蓄えら
れ、処理順に読み出しが行われる。まずは、フレーム内
符号化を行うため、スイッチ２１２がオフの状態で減算
手段２０３を通過し、フレーム間差分は取られない状態
となる。減算手段２０３の出力は直交変換手段２０４で
直交変換され、量子化手段２０５で所定の量子化ステッ
プで量子化される。量子化手段２０５の出力はバッファ
２１３に蓄えられ、レート制御手段２１４はこのバッフ
ァ２１３の残量を監視することで量子化手段２０５の量
子化ステップの制御を行う。又、量子化手段２０５の出
力は、逆量子化手段２０６、逆直交変換手段２０７を通
り、フレーム間差分のための参照データとして参照メモ
リ２０９に蓄えられる。こうしてフレーム内符号化の処
理が終了し、次にフレーム間符号化の処理が実施され
る。

【０００５】ベクトル検出手段２１０は、並べ替えメモ
リ２０２の出力と参照メモリ２０９から読み出しを行っ
た参照画像とを入力として、動きベクトルの検出を行
う。動きベクトルは、所定の範囲で処理対象となる並べ
替えメモリ２０２の出力と参照画像の画素毎の差分絶対
値累和もしくは差分二乗累和等を検索範囲内で算出し、
最も相関の近い画像ブロックを探すことにより検出する
ことができる。更に、所定の値を閾値として処理ブロッ
ク毎に相関の有無を判断し、相関信号を生成する。参照
画像との相関が無いと判断された場合には、そのブロッ
クをフレーム内符号化に切り替えて符号化処理を行う。
検出した動きベクトルに従い動き補償手段２１１におい
て動き補償を実施し、相関信号が相関あることを示す場
合には、フレーム間符号化を行うためにスイッチ２１２
をオンとすることで減算手段２０３においてフレーム間
の差分が取られる。相関信号が相関ないことを示す場合
には、スイッチ２１２はオフとすることで減算手段２０
３ではフレーム間の差分が取られず、フレーム内符号化
が行われる。直交変換と量子化及びこれらの逆処理はフ
レーム内符号化のフレームを処理する場合と同様にして
行われる。フレーム間符号化を行う場合、スイッチ２１
２がオンであるため、加算手段２０８において参照デー
タを加算することでデコード画像を生成して参照メモリ
に２０９へと送られる。後のフレームに関しては同様の
処理が繰り返される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来の構成では、信号を順次処理していき、レート制御
手段２１４でバッファ２１３の残量により量子化ステッ
プを制御しているため、符号量そのものを所望の値以下
と制御することができず、入りきらない場合にはカット
するといった処理が必要となっていた。又フィードバッ
ク制御により符号量を目標値に近づけていくため、フレ
ーム後半の処理で符号量が不足し量子化ステップが大き
く変動するといった可能性があった。

【０００７】本願の請求項１〜５の発明は上記従来の問
題点を解決するもので、信号が入力された段階でフレー
ム内符号化とフレーム間符号化のいずれの処理を行うか
を処理ブロック毎に決定し、その割合に従い各ブロック
の目標符号量を決定することで、符号量の割り振りを画
面に均一に行い画質の劣化を一部に集中させずに、Ｎフ
レーム毎の符号量を所定の値以下に制御する映像信号符
号化装置を提供することを目的とする。又本願の請求項
６の発明は、各ブロックに割り当てた目標符号量と実際
に使用した符号量の差を余剰符号量として算出し、この
余剰符号量を次の処理ブロックの目標符号量に加算して
目標符号量の再設定を行うことで、Ｎフレームに割り当
てられた全符号量を上限として有効に符号量を使用した
制御を行う映像信号符号化装置を提供することを目的と
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本願の請求項１の発明は、入力映像信号のＮフレーム
（Ｎは２以上の整数）毎にＮフレーム中の１フレームを
フレーム内符号化し、残りのＮ−１フレームをブロック
単位でフレーム内符号化又はフレーム間符号化する映像
信号符号化装置において、入力映像信号を符号化の処理
順序に並べ替えて出力する並べ替えメモリと、フレーム
間又はフレーム内符号化を行うＮ−１フレームに対し
て、所定の大きさのブロック毎に処理対象信号と参照信
号を前記並べ替えメモリから読み出し、信号間の相関の
有無を示す相関信号と動きベクトルとを生成するベクト
ル検出手段と、前記相関信号と前記動きベクトルを記憶
するベクトルメモリと、前記各ブロックに対し目標符号
量を割り当てる目標符号量算出手段と、前記並べ替えメ
モリの出力信号に対しフレーム間差分を取る減算手段
と、前記減算手段の出力を直交変換する直交変換手段
と、前記直交変換手段の出力を前記目標符号量以下とな
るように量子化する量子化手段と、前記量子化手段の出
力に対し逆量子化を行う逆量子化手段と、前記逆量子化
手段の出力を逆直交変換する逆直交変換手段と、前記逆
直交変換手段の出力に対しフレーム間加算を行う加算手
段と、前記加算手段の出力を記憶する参照メモリと、前
記動きベクトルに従い前記参照メモリの出力位置を変化
させて動き補償を行う動き補償手段と、前記動き補償手
段の出力が与えられ、前記相関信号が相関ありを示す場
合にオンとし相関なしを示す場合にオフとしてその出力
を前記減算手段及び加算手段に出力するスイッチとを備
え、前記目標符号量算出手段は、フレーム内符号化を行
うブロック数とフレーム間符号化を行うブロック数とを
用いてＮフレーム全体の符号量を各ブロックに分配し、
各ブロックの目標符号量を算出することを特徴とするも
のである。

【０００９】これにより並べ替えメモリに信号が蓄えら
れた時点で、処理を行うＮフレームについて１つのフレ
ームはフレーム内符号化を行い、他のフレームは全ブロ
ックについてフレーム間符号化とフレーム内符号化の選
択をベクトル検出手段において行う。そして目標符号量
算出手段においてフレーム全体で均一にブロック毎の符
号量を割り振ることにより、Ｎフレーム毎の符号量を所
定の値以下とする制御を行うことができる。

【００１０】本願請求項２の発明は、入力映像信号のＮ
フレーム（Ｎは２以上の整数）毎にＮフレーム中の１フ
レームをフレーム内符号化し、残りのＮ−１フレームを
ブロック単位でフレーム内符号化又はフレーム間符号化
する映像信号符号化装置において、入力映像信号を符号
化の処理順序に並べ替えて出力する並べ替えメモリと、
前記並べ替えメモリの出力信号に対しフレーム間差分を
取る減算手段と、前記減算手段の出力を直交変換する直
交変換手段と、各フレームに割り当てる符号量を決定す
るフレーム符号量算出手段と、量子化を行う際の目標符
号量を算出して各ブロックに割当てる目標符号量算出手
段と、前記直交変換手段の出力を前記目標符号量以下と
なるように量子化する量子化手段と、前記量子化手段の
出力に対し逆量子化を行う逆量子化手段と、前記逆量子
化手段の出力に対し逆直交変換を行う逆直交変換手段
と、前記逆直交変換手段の出力に対しフレーム間加算を
行う加算手段と、前記加算手段の出力を記憶する参照メ
モリと、前記並べ替えメモリから読み出した所定の大き
さのブロック毎に参照信号に対する相関を示す相関信号
と動きベクトルとを生成するベクトル検出手段と、前記
相関信号と前記動きベクトルを記憶するベクトルメモリ
と、前記動きベクトルに従い前記参照メモリの出力位置
を変化させて動き補償を行う動き補償手段と、前記動き
補償手段の出力が与えられ、前記相関信号が相関ありを
示す場合にオンとし相関なしを示す場合にオフとしてそ
の出力を前記減算手段及び加算手段に出力するスイッチ
とを備え、前記目標符号量算出手段は、各処理フレーム
内に割り当てられたフレーム符号量を前記ベクトル検出
手段で検出した対象フレームのフレーム内符号化を行う
ブロック数とフレーム間符号化を行うブロック数とを用
いて各ブロックに分配し、目標符号量を算出することを
特徴とするものである。

【００１１】本願請求項３の発明は、請求項２の映像信
号符号化装置において、前記フレーム符号量算出手段
は、前回のＮフレームを処理した際のフレーム内符号化
を行うブロック数から、各フレームに割り当てるフレー
ム符号量を算出することを特徴とするものである。

【００１２】本願請求項４の発明は、請求項２の映像信
号符号化装置において、前記ベクトル検出手段は、前記
参照メモリのデータ又は前記並べ替えメモリのデータを
参照信号として動きベクトルを検出することを特徴とす
るものである。

【００１３】これによりＮフレームのフレーム毎に割り
当てるフレーム符号量を設定するフレーム符号量算出手
段を設け、予めフレーム間符号化とフレーム内符号化と
を選択する期間を１フレーム期間として、各フレーム毎
に処理ブロックへの目標符号量の割り振ることで、符号
量を制御することができる。

【００１４】本願請求項５の発明は、入力映像信号のＮ
フレーム（Ｎは２以上の整数）毎にＮフレーム中の１フ
レームをフレーム内符号化し、残りのＮ−１フレームを
ブロック単位でフレーム内符号化又はフレーム間符号化
する映像信号符号化装置において、入力映像信号を符号
化の処理順序に並べ替えて出力する並べ替えメモリと、
前記並べ替えメモリの出力信号に対しフレーム間差分を
取る減算手段と、前記減算手段の出力を直交変換する直
交変換手段と、前記直交変換手段の出力を目標符号量以
下となるように量子化する量子化手段と、前記量子化手
段の出力に対し逆量子化を行う逆量子化手段と、前記逆
量子化手段の出力に対し逆直交変換を行う逆直交変換手
段と、前記逆直交変換手段の出力に対しフレーム間加算
を行う加算手段と、前記加算手段の出力を記憶する参照
メモリと、前記並べ替えメモリから読み出した所定の大
きさのブロック毎に参照信号に対する相関を示す相関信
号と動きベクトルとを生成するベクトル検出手段と、前
記相関信号と前記動きベクトルを記憶するベクトルメモ
リと、前記動きベクトルに従い前記参照メモリの出力位
置を変化させて動き補償を行う動き補償手段と、前記動
き補償手段の出力が与えられ、前記相関信号が相関あり
を示す場合にオンとし相関なしを示す場合にオフとして
その出力を前記減算手段及び加算手段に出力するスイッ
チと、Ｎフレームに割り当てられる全符号量から前記量
子化手段で量子化を行った後の符号量を減算し残符号量
を算出する残量算出手段と、Ｎフレーム中に発生する前
記相関信号が相関なしを示す数を計数しその総数を次の
Ｎフレームの処理中に出力するカウンタと、前記残量算
出手段より得られる残符号量と前記カウンタの出力とを
用いてブロック単位で前記目標符号量を算出する目標符
号量算出手段と、を備えることを特徴とするものであ
る。

【００１５】これにより前回のＮフレームのフレーム内
符号化されたブロック数と現在のＮフレームにおける残
符号量から各ブロックに割り振る目標符号量の算出する
ことで、符号量を制御する。

【００１６】本願請求項６の発明は、映像入力信号の各
フレームを所定の大きさのブロック単位に分割する分割
手段と、前記分割手段で分割されたブロック毎に目標符
号量を設定する目標符号量設定手段と、前記分割手段の
出力を直交変換する直交変換手段と、前記直交変換手段
の出力を前記目標符号量設定手段で設定された目標符号
量以下となるように量子化する量子化手段と、前記目標
符号量から前記量子化手段により量子化された実際の符
号量を減算し余剰符号量を計算する減算手段とを備え、
前記目標符号量設定手段は、前記余剰符号量を次のブロ
ックの目標符号量に加算する処理を入力映像信号のＮフ
レーム（Ｎは自然数）内で行い、Ｎフレームの符号量を
所望の値以下となるように制御することを特徴とするも
のである。

【００１７】これにより目標符号量と符号化後の実符号
量との差分を次の処理ブロックの目標符号量に加算して
いくことにより、Ｎフレームの符号量を有効に使用する
ようにしている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。 （実施の形態１）図１は本発明の実施の形態１における
映像信号符号化装置の構成を示すブロック図である。図
１において、１０１は入力端子、１０２は並べ替えメモ
リ、１０３は減算手段、１０４は直交変換手段、１０５
は量子化手段、１０６は逆量子化手段、１０７は逆直交
変換手段、１０８は加算手段、１０９は参照メモリ、１
１０は動き補償を行う動き補償手段、１１１はスイッ
チ、１１２はベクトル検出手段、１１３はベクトルメモ
リ、１１４は目標符号量算出手段、１１５は符号化デー
タの出力端子である。この映像信号符号化装置は、Ｎフ
レーム毎にＮフレーム中の１フレームをフレーム内符号
化し、残りのＮ−１フレームをブロック単位でフレーム
内符号化又はフレーム間符号化する装置である。

【００１９】以上のように構成された映像信号符号化装
置の動作について説明する。入力端子１０１より映像信
号を入力し、まずＮフレーム分の画像データを並べ替え
メモリ１０２に蓄える。ベクトル検出手段１１２は、並
べ替えメモリ１０２からフレーム間符号化を行うＮ−１
フレームを所定の大きさのブロック単位で、その画像の
参照画像と合わせて読み出しを行い、動きベクトルの検
出を行う。動きベクトルは、従来の映像信号符号化装置
と同様に、所定の範囲で処理画像と参照画像の画素毎の
差分絶対値累和もしくは差分二乗累和等を検索範囲内で
算出し、最も相関の近い画像ブロックを探すことにより
検出する。更に、所定の値を閾値として処理ブロック毎
に相関の有無を判断し、相関信号を生成する。こうし
て、ベクトル検出手段１１２はＮ−１フレームの全ブロ
ックについての検出処理を行い、動きベクトルと相関信
号を一旦、ベクトルメモリ１１３に蓄える。検出処理が
終了した時点で、フレーム内符号化を行うブロック数を
用いて目標符号量算出手段１１４が各ブロックに割り当
てる目標符号量の算出を行う。

【００２０】例えば、１フレームに含まれるブロック数
をＡｎ、フレーム内又はフレーム間符号化を行うＮ−１
フレームでフレーム内符号化に変更されたブロック数を
Ｂｎ、Ｎフレームに割り当てられる全符号量をＣｎとし
たとき、フレーム内符号化ブロックの目標符号量Ｚｉ、
及びフレーム間符号化ブロックの目標符号量Ｚｐを次式
により算出する。

【数１】 但しＷｉとＷｐはＷｉ＞Ｗｐ＞０を満足する重み係数と
する。

【００２１】又、フレーム間符号化したフレームを後の
処理において参照画像として使用するか使用しないかに
より符号量に重み付けを行う場合も想定できる。この場
合、１フレームに含まれるブロック数をＡｎ、フレーム
間符号化を行うフレームの中で、更に他のフレームの参
照画像として使用するＭフレーム（ＭはＮ＞Ｍを満足す
る自然数）内でフレーム内符号化に変更されたブロック
数をＢｎ、もう参照画像としては使用しない（Ｎ−１−
Ｍ）フレームでフレーム間符号化に変更されたブロック
数をＤｎ、Ｎフレームに割り当てられる全符号量をＣｎ
としたとき、フレーム内符号化ブロックの目標符号量Ｚ
ｉ、更に他のフレームの参照画像として使用するフレー
ムのフレーム間符号化ブロックの目標符号量Ｚｐ、及び
もう他のフレームの参照画像としては使用しないフレー
ムのフレーム間符号化ブロックの目標符号量Ｚｂを次式
のように算出することもできる。

【数２】 但しＷｉ、Ｗｐ、ＷｂはＷｉ＞Ｗｐ＞Ｗｂ＞０を満足す
る重み係数とする。

【００２２】このようにして各ブロックの目標符号量の
算出が終了すると、まずフレーム内符号化を行う。並べ
替えメモリ１０２の出力はスイッチ１１１がオフの状態
で減算手段１０３に入力される。減算データが無いため
フレーム間差分は取られないまま減算手段１０３を通過
し、直交変換手段１０４で直交変換される。直交変換手
段１０４の出力は目標符号量算出手段１１４で算出した
目標符号量以下となるように量子化手段１０５で量子化
される。量子化手段１０５の出力は、逆量子化手段１０
６、逆直交変換手段１０７を通り、スイッチ１１１がオ
フの状態で加算手段１０８をそのまま通過し、フレーム
間差分のための参照データとして参照メモリ１０９に蓄
えられる。こうしてフレーム内符号化を行う第１フレー
ムの処理が終了し、次のＮ−１フレームの符号化処理が
実施される。

【００２３】動きベクトルに従い動き補償手段１１０に
よって動き補償された参照データは、相関信号に従いス
イッチ１１１で切替えられる。並べ替えメモリ１０２の
出力は、このスイッチ１１１の出力と減算手段１０３に
おいて減算処理される。この時、スイッチ１１１がオン
になっていれば減算が実施されフレーム間符号化とな
り、スイッチ１１１がオフになっていれば減算が実施さ
れずフレーム内符号化となる。減算手段１０３の出力は
直交変換手段１０４で直交変換され、目標符号量算出手
段１１４で算出された目標符号量になるように量子化手
段１０５で量子化される。量子化手段１０５の出力は、
逆量子化手段１０６、逆直交変換手段１０７を通り、ス
イッチ１１１の状態に応じて加算手段１０８で加算処理
がなされ、更に後のフレーム間差分を実施するための参
照データとして参照メモリ１０９に蓄えられる。後のフ
レームに関しては同様の処理が繰り返される。

【００２４】以上のように本実施の形態によれば、符号
化処理に先立って処理を行うＮフレームのうち、Ｎ−１
フレームの全ブロックについてフレーム間符号化とフレ
ーム内符号化の選択を行うベクトル検出手段１１２と、
Ｎフレーム全体に均一にブロック毎の符号量の割り当て
を行う目標符号量算出手段１１４を設けることにより、
Ｎフレーム毎の符号量を所定の値以下に保ち、符号量を
画面に均一に割り振り、画質を安定化する制御を行うこ
とができる。

【００２５】尚、ここでは動きベクトルを検出するブロ
ック単位に目標符号量を設定する構成としたが、このブ
ロックを複数集めた大ブロックを量子化の際に符号量制
御を行う単位とし、大ブロックに対して目標符号量を設
定してもよい。

【００２６】（実施の形態２）図３は本発明の実施の形
態２における映像信号符号化装置の構成を示すブロック
図である。図３において、３０１は入力端子、３０２は
並べ替えメモリ、３０３は減算手段、３０４は直交変換
手段、３０５は量子化手段、３０６は逆量子化手段、３
０７は逆直交変換手段、３０８は加算手段、３０９は参
照メモリ、３１０は動き補償を行う動き補償手段、３１
１はスイッチ、３１２はベクトル検出手段、３１３はベ
クトルメモリ、３１４はフレーム符号量算出手段、３１
５は目標符号量算出手段、３１６は符号化データの出力
端子である。この映像信号符号化装置は、Ｎフレーム毎
にＮフレーム中の１フレームをフレーム内符号化し、残
りのＮ−１フレームをブロック単位でフレーム内符号化
又はフレーム間符号化する装置である。

【００２７】以上のように構成された映像信号符号化装
置の動作について説明する。入力端子３０１よりＮフレ
ームの映像信号を入力し、並べ替えのために画像データ
を並べ替えメモリ３０２に蓄える。まずフレーム内符号
化を行うために、並べ替えメモリ３０２の出力はスイッ
チ３１１がオフの状態で減算手段３０３に入力される。
減算データが無いためフレーム間差分は取られないまま
減算手段３０３を通過し、直交変換手段３０４で直交変
換される。直交変換手段３０４の出力は目標符号量算出
手段３１５で算出した目標符号量以下となるように量子
化手段３０５で量子化される。量子化手段３０５の出力
は、逆量子化手段３０６、逆直交変換手段３０７を通
り、スイッチ３１１がオフの状態で加算手段３０８をそ
のまま通過し、フレーム間差分のための参照データとし
て参照メモリ３０９に蓄えられる。こうしてフレーム内
符号化を行う第１フレームの処理が終了し、次のＮ−１
フレームの符号化処理が実施される。

【００２８】ベクトル検出手段３１２は、並べ替えメモ
リ３０２からの読み出し信号と参照メモリ３０９から読
み出しを行った参照画像とを入力として、処理フレーム
の全ブロックの動きベクトルの検出を行う。動きベクト
ルの検出は、従来の映像信号符号化装置と同様に最も相
関の近い画像ブロックを探すことで行う。更に、所定の
値を閾値として処理ブロック毎に相関の有無を判断し、
相関信号を生成する。この相関の有無によってフレーム
間符号化又はフレーム内符号化が決定される。こうし
て、ベクトル検出手段３１２は処理フレームの全ブロッ
クについての検出処理を行い、動きベクトルと相関信号
を一旦、ベクトルメモリ３１３に蓄える。検出処理が終
了した時点で、フレーム内符号化を行うブロック数をも
とに目標符号量算出手段３１５が各ブロックに割り当て
る目標符号量の算出を行う。

【００２９】例えば、処理フレーム内のブロック数をＡ
ｎ、あるフレーム中でフレーム内符号化に変更されたブ
ロック数をＥｎ、処理フレームに割り当てられる全符号
量をＦｎとした時、フレーム内符号化ブロックの目標符
号量Ｚｉとフレーム間符号化ブロックの目標符号量Ｚｐ
を次式により算出することができる。

【数３】 但しＷｉとＷｐはＷｉ＞Ｗｐ＞０を満足する重み係数と
する。

【００３０】このようにして各ブロックの目標符号量の
算出を行った後に、符号化処理を行う。動きベクトルに
従い動き補償手段３１０によって動き補償された参照デ
ータは、相関信号に従いスイッチ３１１で切替えられ
る。並べ替えメモリ３０２の出力は、このスイッチ３１
１の出力と減算手段３０３において減算処理される。減
算手段３０３の出力は直交変換手段３０４で直交変換さ
れ、量子化手段３０５で算出された目標符号量に従い量
子化される。量子化手段３０５の出力は、逆量子化手段
３０６、逆直交変換手段３０７を通り、スイッチ３１１
の状態に応じて加算手段３０８で加算処理がなされ、更
に後のフレーム間差分を実施するための参照データとし
て参照メモリ３０９に蓄えられる。後のフレームに関し
ては同様の処理が繰り返される。

【００３１】ここで、フレーム符号量算出手段３１４で
は、例えば前回のＮフレームの処理において、１フレー
ムに含まれるブロック数をＡｎ、各ブロックに対してフ
レーム間符号化あるいはフレーム内符号化を選択的に行
うＮ−１フレーム内でフレーム内符号化が選択されたブ
ロックの総数をＢＢｎ、Ｎフレームに割当てられる全符
号量をＣｎとしたとき、フレーム内符号化ブロックの目
標符号量ＺＢｉとフレーム間符号化ブロックの目標符号
量ＺＢｐとを、次式

【数４】 として算出し、処理を行うＮフレーム内のフレーム内符
号化を行うフレームの符号化符号量を ＺＢｉ×Ａｎ とし、各ブロックに対してフレーム間符号化あるいはフ
レーム内符号化を選択的に行うフレームのフレーム符号
量を

【数５】 として算出する。

【００３２】以上のように本実施の形態によれば、各フ
レームの符号化処理に先立って処理を行う１フレームの
全ブロックについてフレーム間符号化とフレーム内符号
化の選択を行うベクトル検出手段３１２と、フレーム全
体に均一にブロック毎の符号量の割り当てを行う目標符
号量算出手段３１５を設けることにより、各フレームに
割り当てられたフレームの符号量を上限として符号量を
画面に均一に割り振る制御を行うことができる。

【００３３】尚、上記の説明ではベクトル検出手段３１
２が動きベクトルと相関信号を生成する際の参照画像
を、符号化して参照メモリ３０９に蓄えられたデータと
したが、符号化前の並べ替えメモリ３０２から読み出す
構成としてもよい。

【００３４】又、上記の説明ではフレーム符号量算出手
段３１４が前回のＮフレームの情報を用いてフレーム符
号量の算出を行う構成としたが、フレーム毎のフレーム
符号量の割り振りを固定してしまうことも可能である。

【００３５】（実施の形態３）図４は本発明の実施の形
態３における映像信号符号化装置の構成を示すブロック
図である。図４において、４０１は入力端子、４０２は
並べ替えメモリ、４０３は減算手段、４０４は直交変換
手段、４０５は量子化手段、４０６は逆量子化手段、４
０７は逆直交変換手段、４０８は加算手段、４０９は参
照メモリ、４１０は動き補償を行う動き補償手段、４１
１はスイッチ、４１２はベクトル検出手段、４１３はカ
ウンタ、４１４は目標符号量算出手段、４１５は残量算
出手段、４１６は符号化データの出力端子である。この
映像信号符号化装置は、Ｎフレーム毎にＮフレーム中の
１フレームをフレーム内符号化し、残りのＮ−１フレー
ムをブロック単位でフレーム内符号化又はフレーム間符
号化する装置である。

【００３６】以上のように構成された映像信号符号化装
置の動作について説明する。入力端子４０１より映像信
号を入力し、並べ替えのために画像データを並べ替えメ
モリ４０２に蓄える。まずフレーム内符号化を行うため
に、並べ替えメモリ４０２の出力はスイッチ４１１がオ
フの状態で減算手段４０３に入力される。減算データが
無いためフレーム間差分は取られないまま減算手段４０
３を通過し、直交変換手段４０４で直交変換される。直
交変換手段４０４の出力は目標符号量算出手段４１４で
算出した目標符号量以下となるように量子化手段４０５
で量子化される。量子化手段４０５の出力は、逆量子化
手段４０６、逆直交変換手段４０７を通り、スイッチ４
１１がオフの状態で加算手段４０８をそのまま通過し、
フレーム間差分のための参照データとして参照メモリ４
０９に蓄えられる。こうしてフレーム内符号化を行うフ
レームの処理が終了し、次にフレーム間符号化の処理が
実施される。

【００３７】ベクトル検出手段４１２は、並べ替えメモ
リ４０２からの読み出し信号と参照メモリ４０９から読
み出しを行った参照画像とを入力として、従来の映像信
号符号化装置と同様の方法により動きベクトルと相関信
号を生成する。この動きベクトルに従い動き補償手段４
１０によって動き補償された参照データは、相関信号に
従いスイッチ４１１で切替えられる。減算手段４０３は
並べ替えメモリ４０２の出力よりこのスイッチ４１１の
出力を減算処理する。減算手段４０３の出力は直交変換
手段４０４で直交変換され、量子化手段４０５で目標符
号量に従い量子化される。量子化手段４０５の出力は、
逆量子化手段４０６、逆直交変換手段４０７を通り、ス
イッチ４１１の状態に応じて加算手段４０８で加算処理
がなされ、参照メモリ４０９に蓄えられる。後のフレー
ムに関しては同様の処理が繰り返される。

【００３８】残量算出手段４１５は、量子化手段４０５
での量子化処理が終了する毎に、Ｎフレームに割り当て
られる全符号量から量子化後の符号量を減算し、残符号
量を計算する。又カウンタ４１３は、Ｎフレーム毎に発
生する相関信号が相関なしを示すブロック数を計数して
おき、そのカウント値を次のＮフレームの処理中に出力
する。目標符号量算出手段４１４は、１フレームに含ま
れるブロック数をＡｎ、残符号量をＣＮｎ、前回のＮフ
レーム中に発生した相関信号が相関なしを示すブロック
数のカウント値をＳｎ、未処理ブロックのブロック数を
Ｍｎとしたとき、フレーム内符号化ブロックの目標符号
量を

【数６】 として算出し、フレーム間符号化ブロックの目標符号量
を

【数７】 として算出することで、まだ処理を行っていないブロッ
クに対して符号量の割り振りを行う。

【００３９】以上のように本実施の形態によれば、前回
のＮフレームのフレーム内符号化されたブロックの割合
と現在の残りの符号量から、それ以降のブロックに割り
振る目標符号量を算出することで、符号量の制御を行う
ことができる。

【００４０】（実施の形態４）図５は本発明の実施の形
態４における映像信号符号化装置の構成を示すブロック
図である。図５において、５０１は入力端子、５０２は
分割手段、５０３は直交変換手段、５０４は量子化手
段、５０５は目標符号量設定手段、５０６は減算手段、
５０７は符号化データの出力端子である。

【００４１】以上のように構成された映像信号符号化装
置の動作について説明する。入力端子５０１より映像信
号を入力し、分割手段５０２において所定の大きさのブ
ロック単位に分割する。映像信号は直交変換手段５０３
で直交変換した後、量子化手段５０４で量子化し、出力
端子５０７から出力する。目標符号量設定手段５０５に
はあらかじめＮフレーム単位の符号量が決められてお
り、それに基づいて各ブロック単位の目標符号量も決め
られている。従って量子化手段５０４では、算出された
目標符号量以下となるように量子化される。このとき減
算手段５０６は目標符号量から量子化手段５０４により
量子化された実際の符号量を減算し、余剰符号量Ｐｎを
計算する。この余剰符号量は目標符号量設定手段５０５
へと入力され、次のブロックに予定していた目標符号量
Ｑｎに余剰符号量Ｐｎを加算したＱｎ＋Ｐｎを実際の目
標符号量とする。ここでＮフレーム（Ｎは自然数）の全
符号量を所望の値以下となるようにするため、この余剰
符号量の繰越し処理は各Ｎフレーム内でのみ行う。

【００４２】以上のように本実施の形態によれば、余剰
符号量の算出を行う減算手段５０６と、その余剰符号量
をＮフレーム内で次の処理ブロックの目標符号量に加算
する目標符号量設定手段５０５を設けることにより、Ｎ
フレームに割り当てられた全符号量を上限として有効に
符号量を使用した制御を行うことができる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明によれば、
Ｎフレーム毎に固定符号量でありながら符号量を画面に
均一に割り振る制御を行うことができる。請求項２〜請
求項４の発明によれば、前回のＮフレームの符号化結果
を用いて、あらかじめ処理対象となるＮフレームの各フ
レームのフレーム符号量を確定するため、各ブロックに
対してフレーム間符号化あるいはフレーム内符号化を選
択的に行うＮ−１フレーム全体に関して、各ブロックの
符号化方法を決定するまで、メモリを用いて処理を遅延
させる必要がなく、１フレーム毎に各ブロックの符号化
方法を決定していくことで、符号量を画面に均一に割り
振る制御を行うことができる。請求項５の発明によれ
ば、前回のＮフレームのフレーム内符号化されたブロッ
クの割合と現在の残りの符号量から簡単に各ブロックに
割り振る目標符号量の制御を行うことができる。又、請
求項６の発明によれば、所定の符号量を有効に使用した
制御を行うことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における映像信号符号化
装置のブロック図である。

【図２】従来例における映像信号記録装置のブロック図
である。

【図３】本発明の実施の形態２における映像信号符号化
装置のブロック図である。

【図４】本発明の実施の形態３における映像信号符号化
装置のブロック図である。

【図５】本発明の実施の形態４における映像信号符号化
装置のブロック図である。

【符号の説明】

１０１，２０１，３０１，４０１，５０１ 入力端子 １０２，２０２，３０２，４０２ 並べ替えメモリ １０３，２０３，３０３，４０３，５０６ 減算手段 １０４，２０４，３０４，４０４，５０３ 直交変換手
段 １０５，２０５，３０５，４０５，５０４ 量子化手段 １０６，２０６，３０６，４０６ 逆量子化手段 １０７，２０７，３０７，４０７ 逆直交変換手段 １０８，２０８，３０８，４０８ 加算手段 １０９，２０９，３０９，４０９ 参照メモリ １１０，２１０，３１０，４１０ 動き補償手段 １１１，２１１，３１１，４１１ スイッチ １１２，２１２，３１２，４１２ ベクトル検出手段 １１３，２１３，３１３，４１３ ベクトルメモリ １１４，３１５，４１４，５０５ 目標符号量算出手段 １１５，２１５，３１６，４１６，５０７ 出力端子 ３１４ フレーム符号量算出手段 ４１３ カウンタ ４１５ 残量算出手段 ５０２ 分割手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 勝彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 水野 慎二郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 吉野 正 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5C059 KK22 KK33 MA04 MA05 MA23 MC18 MC38 ME01 NN03 NN23 TA57 TA60 TB04 TC13 TC20 TD13 UA02 UA05 UA38 5J064 AA01 BA13 BB03 BC01 BC08 BC16 BD03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力映像信号のＮフレーム（Ｎは２以上
   の整数）毎にＮフレーム中の１フレームをフレーム内符
   号化し、残りのＮ−１フレームをブロック単位でフレー
   ム内符号化又はフレーム間符号化する映像信号符号化装
   置において、 入力映像信号を符号化の処理順序に並べ替えて出力する
   並べ替えメモリと、 フレーム間又はフレーム内符号化を行うＮ−１フレーム
   に対して、所定の大きさのブロック毎に処理対象信号と
   参照信号を前記並べ替えメモリから読み出し、信号間の
   相関の有無を示す相関信号と動きベクトルとを生成する
   ベクトル検出手段と、 前記相関信号と前記動きベクトルを記憶するベクトルメ
   モリと、 前記各ブロックに対し目標符号量を割り当てる目標符号
   量算出手段と、 前記並べ替えメモリの出力信号に対しフレーム間差分を
   取る減算手段と、 前記減算手段の出力を直交変換する直交変換手段と、 前記直交変換手段の出力を前記目標符号量以下となるよ
   うに量子化する量子化手段と、 前記量子化手段の出力に対し逆量子化を行う逆量子化手
   段と、 前記逆量子化手段の出力を逆直交変換する逆直交変換手
   段と、 前記逆直交変換手段の出力に対しフレーム間加算を行う
   加算手段と、 前記加算手段の出力を記憶する参照メモリと、 前記動きベクトルに従い前記参照メモリの出力位置を変
   化させて動き補償を行う動き補償手段と、 前記動き補償手段の出力が与えられ、前記相関信号が相
   関ありを示す場合にオンとし相関なしを示す場合にオフ
   としてその出力を前記減算手段及び加算手段に出力する
   スイッチとを備え、 前記目標符号量算出手段は、フレーム内符号化を行うブ
   ロック数とフレーム間符号化を行うブロック数とを用い
   てＮフレーム全体の符号量を各ブロックに分配し、各ブ
   ロックの目標符号量を算出するものであることを特徴と
   する映像信号符号化装置。
2. 【請求項２】 入力映像信号のＮフレーム（Ｎは２以上
   の整数）毎にＮフレーム中の１フレームをフレーム内符
   号化し、残りのＮ−１フレームをブロック単位でフレー
   ム内符号化又はフレーム間符号化する映像信号符号化装
   置において、 入力映像信号を符号化の処理順序に並べ替えて出力する
   並べ替えメモリと、 前記並べ替えメモリの出力信号に対しフレーム間差分を
   取る減算手段と、 前記減算手段の出力を直交変換する直交変換手段と、 各フレームに割り当てる符号量を決定するフレーム符号
   量算出手段と、 量子化を行う際の目標符号量を算出して各ブロックに割
   当てる目標符号量算出手段と、 前記直交変換手段の出力を前記目標符号量以下となるよ
   うに量子化する量子化手段と、 前記量子化手段の出力に対し逆量子化を行う逆量子化手
   段と、 前記逆量子化手段の出力に対し逆直交変換を行う逆直交
   変換手段と、 前記逆直交変換手段の出力に対しフレーム間加算を行う
   加算手段と、 前記加算手段の出力を記憶する参照メモリと、 前記並べ替えメモリから読み出した所定の大きさのブロ
   ック毎に参照信号に対する相関を示す相関信号と動きベ
   クトルとを生成するベクトル検出手段と、 前記相関信号と前記動きベクトルを記憶するベクトルメ
   モリと、 前記動きベクトルに従い前記参照メモリの出力位置を変
   化させて動き補償を行う動き補償手段と、 前記動き補償手段の出力が与えられ、前記相関信号が相
   関ありを示す場合にオンとし相関なしを示す場合にオフ
   としてその出力を前記減算手段及び加算手段に出力する
   スイッチとを備え、 前記目標符号量算出手段は、各処理フレーム内に割り当
   てられたフレーム符号量を前記ベクトル検出手段で検出
   した対象フレームのフレーム内符号化を行うブロック数
   とフレーム間符号化を行うブロック数とを用いて各ブロ
   ックに分配し、目標符号量を算出するものであることを
   特徴とする映像信号符号化装置。
3. 【請求項３】 前記フレーム符号量算出手段は、前回の
   Ｎフレームを処理した際のフレーム内符号化を行うブロ
   ック数から、各フレームに割り当てるフレーム符号量を
   算出するものであることを特徴とする請求項２記載の映
   像信号符号化装置。
4. 【請求項４】 前記ベクトル検出手段は、前記参照メモ
   リのデータ又は前記並べ替えメモリのデータを参照信号
   として動きベクトルを検出するものであることを特徴と
   する請求項２記載の映像信号符号化装置。
5. 【請求項５】 入力映像信号のＮフレーム（Ｎは２以上
   の整数）毎にＮフレーム中の１フレームをフレーム内符
   号化し、残りのＮ−１フレームをブロック単位でフレー
   ム内符号化又はフレーム間符号化する映像信号符号化装
   置において、 入力映像信号を符号化の処理順序に並べ替えて出力する
   並べ替えメモリと、 前記並べ替えメモリの出力信号に対しフレーム間差分を
   取る減算手段と、 前記減算手段の出力を直交変換する直交変換手段と、 前記直交変換手段の出力を目標符号量以下となるように
   量子化する量子化手段と、 前記量子化手段の出力に対し逆量子化を行う逆量子化手
   段と、 前記逆量子化手段の出力に対し逆直交変換を行う逆直交
   変換手段と、 前記逆直交変換手段の出力に対しフレーム間加算を行う
   加算手段と、 前記加算手段の出力を記憶する参照メモリと、 前記並べ替えメモリから読み出した所定の大きさのブロ
   ック毎に参照信号に対する相関を示す相関信号と動きベ
   クトルとを生成するベクトル検出手段と、 前記相関信号と前記動きベクトルを記憶するベクトルメ
   モリと、 前記動きベクトルに従い前記参照メモリの出力位置を変
   化させて動き補償を行う動き補償手段と、 前記動き補償手段の出力が与えられ、前記相関信号が相
   関ありを示す場合にオンとし相関なしを示す場合にオフ
   としてその出力を前記減算手段及び加算手段に出力する
   スイッチと、 Ｎフレームに割り当てられる全符号量から前記量子化手
   段で量子化を行った後の符号量を減算し残符号量を算出
   する残量算出手段と、 Ｎフレーム中に発生する前記相関信号が相関なしを示す
   数を計数しその総数を次のＮフレームの処理中に出力す
   るカウンタと、 前記残量算出手段より得られる残符号量と前記カウンタ
   の出力とを用いてブロック単位で前記目標符号量を算出
   する目標符号量算出手段と、を備えることを特徴とする
   映像信号符号化装置。
6. 【請求項６】 入力映像信号の各フレームを所定の大き
   さのブロック単位に分割する分割手段と、 前記分割手段で分割されたブロック毎に目標符号量を設
   定する目標符号量設定手段と、 前記分割手段の出力を直交変換する直交変換手段と、 前記直交変換手段の出力を前記目標符号量設定手段で設
   定された目標符号量以下となるように量子化する量子化
   手段と、 前記目標符号量から前記量子化手段により量子化された
   実際の符号量を減算し余剰符号量を計算する減算手段と
   を備え、 前記目標符号量設定手段は、前記余剰符号量を次のブロ
   ックの目標符号量に加算する処理を入力映像信号のＮフ
   レーム（Ｎは自然数）内で行い、Ｎフレームの符号量を
   所望の値以下となるように制御することを特徴とする映
   像信号符号化装置。