JP2003102007A - 信号処理装置 - Google Patents

信号処理装置

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JP2003102007A
JP2003102007A JP2001290932A JP2001290932A JP2003102007A JP 2003102007 A JP2003102007 A JP 2003102007A JP 2001290932 A JP2001290932 A JP 2001290932A JP 2001290932 A JP2001290932 A JP 2001290932A JP 2003102007 A JP2003102007 A JP 2003102007A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 無駄のない符号量の割り当てを実現する。 【解決手段】 信号処理装置は、入力された動画像信号
を量子化ステップに従い量子化し、量子化された動画像
信号を可変長符号化するに際し、所定の単位毎に前記量
子化ステップの最小値を決定し、この最小値を下回らな
いよう前記量子化ステップを決定する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は信号処理装置に関
し、特に画像信号の符号化処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】画像信号の圧縮、符号化技術として、Ｍ
ＰＥＧ規格が知られている。
【０００３】そして、画像信号を符号化してこのＭＰＥ
Ｇ規格に従うデータを生成する符号化回路に於いては、
目標とするデータレートに基づいてピクチャ毎に目標と
する符号量を決定している。そして、各ピクチャの目標
符号量に基づいて、各ピクチャを構成する全てのマクロ
ブロックに平均的に目標となる符号量を割り当てる。
【０００４】その後、目標符号量となるよう、各マクロ
ブロックを符号化する際の量子化ステップを決定し、符
号化を行う。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、各マクロ
ブロックに平均的に目標符号量を設定して量子化ステッ
プを設定すると、以下のような問題が考えられる。
【０００６】例えば、１つのＰピクチャあるいはＢピク
チャ内にほとんど動きのない画像を含むマクロブロック
と動きの激しい画像を含むマクロブロックとがある場
合、動きの少ない画像のマクロブロックでは差分がほと
んど発生しない。そのため、目標符号量を達成するため
に量子化ステップを小さく設定している。
【０００７】逆に、動きの激しい画像のマクロブロック
では、差分データの値が大きくなるため、マクロブロッ
クの符号量を目標符号用内に収めるため、量子化ステッ
プを大きく設定しなければならない。
【０００８】しかしながら、動きの少ない画像について
は量子化ステップを必要以上に小さくして符号化して
も、符号量が増加するわりに視覚的にはそれほど大きな
効果は得られない。一方、動きの大きな画像については
量子化ステップを小さく設定することによる視覚的な効
果が大きいが、量子化ステップを小さくしてしまうとマ
クロブロック毎に平均的に設定した目標符号量をこえて
しまうため、量子化ステップを小さく設定することがで
きない。
【０００９】このように、従来では、マクロブロック毎
に平均的に目標符号量を割り当てていたため、視覚効果
の少ない部分について多くの符号を割り当て、視覚効果
の高い部分については必要な符号量を割り当てることが
できない。
【００１０】本発明はこのような問題点を解決すること
を目的とする。
【００１１】本発明の他の目的は、無駄のない符号量の
割り当てを実現する処にある。
【００１２】本発明の更に他の目的は、視覚効果を考慮
した最適な量子化ステップを決定する処にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明においては、入力された動画像信号を量子化
ステップに従い量子化する量子化手段と、前記量子化手
段により量子化された動画像信号を可変長符号化する符
号化手段と、所定の単位毎に前記量子化ステップの最小
値を決定し、この最小値を下回らないよう前記量子化ス
テップを決定する制御手段とを備える構成とした。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態について説明する。
【００１５】図２は本発明が適用される撮像装置の構成
を示すブロック図である。
【００１６】図２において、撮像部２０１はレンズやそ
の駆動機構などの光学系、ＣＣＤなどの撮像素子、及び
周知のカメラ信号処理回路などを有する。符号化部２０
２は動き補償予測符号化を用いたＭＰＥＧ方式に従って
撮像部２０１から出力される動画像信号を符号化し、記
録部２０３に出力する。記録部２０３は符号化部２０２
からの符号化された動画像信号に対し、誤り訂正用チェ
ック符号や同期データ、その他の付加データを付加して
記録フォーマットに従う形態に変換し、周知の光磁気記
録方式により光磁気ディスク２０４に記録する。
【００１７】また、制御部２０５はユーザ操作による操
作部２０６からの指示に従い装置各部の動作を制御す
る。
【００１８】次に、本形態の特徴的な構成である符号化
部２０２について説明する。
【００１９】図１は符号化部２０２の構成を示す図であ
る。
【００２０】図１の符号化部２０２は、前述の通り動き
補償予測符号化を用いたＭＰＥＧ２方式に従って符号化
処理を行う。ＭＰＥＧ２方式ではイントラ符号化とイン
ター符号化とをフレーム毎に選択的に用いて符号化を行
う。イントラ符号化とは同一フレーム内のデータのみを
用いて符号化を行う方法であり、インター符号化とは複
数のフレームを用いて符号化を行う方法である。
【００２１】また、ＭＰＥＧ２では、１つのフレームの
データを全てイントラ符号化により符号化するＩピクチ
ャ、前フレームを用いて予測符号化を行うＰピクチャ、
前後のフレームを用いて予測符号化を行うＢピクチャの
３つのピクチャタイプが規定されている。そして、Ｉピ
クチャから次のＩピクチャの直前のフレームまでをＧＯ
Ｐ（Group Of Pictures）と呼び、このＧＯＰを１つの
符号化単位として扱うことができる。
【００２２】図１において、撮像部２０１から出力され
た動画像信号は入力端子１０１を介して画面並べ替え回
路１０２に出力される。画面並べ替え回路１０２は複数
フレームの動画像信号を記憶できるメモリを有し、入力
された動画像信号のフレームの順序を符号化のために適
した順序に変更して出力する。
【００２３】図３を用いて画面並べ替え回路１０２の動
作を説明する。
【００２４】図３の３０１は画面並べ替え回路１０２に
入力される動画像信号のフレームの順序を示しており、
第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム・・・の順
に入力される。３０２は画面並べ替え回路１０２から出
力される動画像データの順序を示しており、第３フレー
ム、第１フレーム、第２フレーム・・・の順に出力され
る。
【００２５】図４はこのように出力された動画像信号を
Ｉピクチャ、Ｐピクチャ、Ｂピクチャとして符号化する
様子を示す図である。
【００２６】図４の４０１は図３のフレーム番号に対応
しており、４０２は各フレームのピクチャタイプを示し
ている。図４では１５フレームで１つのＧＯＰを構成し
ており、第３フレームが先頭のＩピクチャである。第１
フレーム、第２フレームは１つ前のＧＯＰのＢピクチャ
であり、図４に示すように、第１フレーム及び第２フレ
ームはＩピクチャである第３フレームの画像信号と、直
前のＧＯＰのＰピクチャの画像信号とを用いて符号化さ
れる。また、第３フレームはＩピクチャであるため、第
３フレームの画像データのみで符号化される。また、第
６フレームはＰピクチャであり、直前のＩピクチャであ
る第３フレームを用いて前方予測符号化される。以下、
同様に、Ｂピクチャ、Ｐピクチャの画像信号をそれぞれ
符号化する。
【００２７】このような符号化処理を実現するため、画
面並べ替え回路１０２より図３あるいは図４の順序で出
力された画像信号はスイッチ１０３、減算器１０４及び
動き補償予測符号化回路１１１に出力される。
【００２８】スイッチ１０３はＩピクチャの画像信号が
出力された場合には端子Ａ側に接続し、画面並べ替え回
路１０２から出力された画像信号がそのままＤＣＴ回路
１０５に出力される。
【００２９】また、ＰピクチャあるいはＢピクチャの場
合、スイッチ１０３はＢ端子側に接続する。減算器１０
４は画面並べ替え回路１０２より出力されたＰピクチャ
あるいはＢピクチャの画像信号と、動き補償予測回路１
１１からの予測画像信号との差分を得、スイッチ１０３
を介してＤＣＴ回路１０５に出力する。これにより、時
間軸方向の冗長度を削減している。
【００３０】ＤＣＴ回路１０５はスイッチ１０３から出
力されたＩピクチャの画像データまたは、Ｐピクチャ、
Ｂピクチャの差分データをＤＣＴ処理し、量子化回路１
０６に出力する。量子化回路１０６は後述のように量子
化係数算出回路１１５により指示された量子化ステップ
に従ってＤＣＴ回路１０５から出力される各ピクチャの
ＤＣＴ係数を量子化し、逆量子化回路１０７及び可変長
符号化回路１１２に出力する。
【００３１】可変長符号化回路１１２は量子化された画
像データを可変長符号化し、バッファメモリ１１３に出
力する。バッファメモリ１１３に記憶された画像データ
は所定のタイミングで読み出され、出力端子１１６を介
して記録部２０３に出力される。
【００３２】一方、逆量子化回路１０７は量子化回路１
０６からの画像信号を逆量子化し、逆ＤＣＴ回路１０８
に出力する。逆ＤＣＴ回路１０８は逆量子化された画像
信号を逆ＤＣＴ処理し、加算器１０９に出力する。
【００３３】ここで、逆ＤＣＴ回路１０８からのデータ
がＩピクチャのデータの場合、スイッチ１１０はオフさ
れ、逆ＤＣＴ回路１０８から出力された画像データは加
算器１０９をそのまま通過して動き補償予測回路１１１
に出力される。また、逆ＤＣＴ回路１０８からのデータ
がＰピクチャあるいはＢピクチャの場合、スイッチ１１
０がオンされる。そして、加算器１０９により、減算器
１０４に出力された予測画像信号と逆ＤＣＴ回路１０８
からのデータ（ローカルデコードデータ）とを加算し、
動き補償予測回路１１１に出力する。
【００３４】動き補償予測回路１１１は加算器１０９か
ら出力されるＩピクチャ及びＰピクチャのローカルデコ
ードデータを記憶するメモリを有し、このＰピクチャあ
るいはＢピクチャのデータをそれぞれ複数画素からなる
複数のマクロブロックに分割してマクロブロック谷に読
み出す。そして、この画面並べ替え回路１０２から出力
されたＰピクチャあるいはＢピクチャのデータとメモリ
に記憶された参照フレームの画像データとをマクロブロ
ックを単位として比較し、より差分の少ない予測画像信
号及びその動きベクトルを検出する。そして、予測画像
信号を減算器１０４に出力すると共に、動きベクトルの
データを可変長符号化回路１１２に出力する。可変長符
号化回路１１２はこの動きベクトルのデータも符号化
し、画像データと共にバッファメモリ１１３に出力す
る。
【００３５】レート制御回路１１４はバッファメモリ１
１３に記憶されている符号化された画像データの量を監
視し、量子化ステップ制御回路１１５に知らせる。量子
化ステップ制御回路１１５は、バッファメモリ１１３に
記憶されている画像データの量と画面並べ替え回路１０
２から指示されたピクチャタイプの情報に基づいて、指
定された目標データレートとなるよう各ピクチャの目標
符号量を割り当てる。
【００３６】このとき、本形態においては、指定された
目標データレートに従い、ピクチャ毎の量子化ステップ
の最小値を定める。即ち、量子化ステップ制御回路１１
５は、番号に応じて異なる量子化ステップが記入された
量子化テーブルを持ち、この量子化テーブルのうち、量
子化ステップの最小値として定めた番号よりも小さい量
子化ステップを持つ量子化テーブルを使用しないように
する。例えば、目標データレートを６Ｍｂｐｓとしたと
き、Ｉピクチャの最小値を８、Ｐピクチャを９、Ｂピク
チャを１２とする。
【００３７】そして、マクロブロック毎に平均的に目標
符号量を割り当てて量子化ステップを算出する。ただ
し、この際、量子化ステップがピクチャ毎に設定した最
小値を下回らないよう各マクロブロックの量子化ステッ
プを設定する。このように量子化ステップを設定した結
果、目標符号量を達成しないマクロブロックが存在する
場合には、達成せずに余った符号量を、量子化ステップ
が最小値を下回っていない他のマクロブロックに割り当
てる。
【００３８】そして、量子化ステップ制御回路１１５
は、最終的に設定した各マクロブロックの量子化ステッ
プを量子化回路１０６に出力する。
【００３９】図５は１フレームの多数のマクロブロック
の量子化ステップの例を示す図である。
【００４０】５０１は量子化ステップの最小値を設定し
ない場合の各マクロブロックの量子化ステップの様子を
示す図であり、５０２は量子化ステップの最小値を設定
した本形態の各マクロブロックの量子化ステップの様子
を示す図である。５０１では、画面の上側のマクロブロ
ックの量子化ステップが６〜８と比較的小さく設定さ
れ、下側のマクロブロックの量子化ステップが１４〜２
０と比較的大きく設定されているが、量子化ステップの
最小値を１０に設定した場合、５０２に示すように、画
面の上側のマクロブロックの量子化ステップがほぼ１０
となる。そして、このように量子化ステップを５０１に
比べて大きくした結果発生した余分な符号量を、画面の
下側のマクロブロックに割り当てることで、５０２の下
側のマクロブロックの量子化ステップを１２〜１４と５
０１よりも小さくすることができ、より高精細な画像を
得ることができる。
【００４１】このように、本形態では、ピクチャタイプ
毎に量子化ステップの最小値を設定し、この最小値を下
回らないように各マクロブロックの量子化ステップを設
定しているので、量子化ステップを小さくしても視覚的
な効果が期待できないマクロブロックに対して多くの符
号量を割り当ててしまうことを避けることができる。
【００４２】次に、第２の実施形態について説明する。
本形態においても、適用される構成は図１、図２のもの
と同様である。
【００４３】前述の実施形態では、指定された目標デー
タレートに基づいて各ピクチャの目標符号量を割り当て
ていたが、本形態では更に、入力画像データの特徴によ
り量子化ステップの最小値をピクチャ毎に設定する。
【００４４】具体的には、画面並べ替え回路１０２によ
り入力された画像データのフレーム間のデータを比較す
るか、あるいは、動き補償予測回路１１１により検出さ
れた動きベクトルの値を１フレーム合計した結果などか
ら入力画像データの動きの程度を検出する。
【００４５】動きが少ない場合には、Ｐピクチャあるい
はＢピクチャのデータは予測画像信号との差分値が小さ
くなると考えられるので、Ｉピクチャの量子化ステップ
の最小値をより小さく設定し、Ｐピクチャ、Ｂピクチャ
の量子化ステップの最小値をより大きく設定する。
【００４６】また、動きが大きく、画像がランダムに動
いている場合には、Ｉピクチャの量子化ステップの最小
値をＰピクチャ、Ｂピクチャと変わらないように定め
る。
【００４７】このように、入力画像の特徴に従って各ピ
クチャの量子化ステップの最小値を変更することで、画
像の特徴に応じて効果的に符号量を割り当てることがで
きる。
【００４８】なお、第２の実施形態では、画面並べ替え
回路１０２によりフレーム間の画像データを比較した結
果や、あるいは、動きベクトルの合計などにより入力画
像データの特徴を検出し、動きの程度を判定していた
が、例えば、図２の撮像部２０１における手ぶれ補正機
能を利用し、角速度センサや画像処理により得られた手
ぶれ量を示すデータを撮像部２０１から入力してこれに
基づいて入力画像データの動きを判定する構成をとるこ
とも可能である。
【００４９】更に、操作部２０６によるズームキーの操
作信号に基づいて動きを判定しても良い。
【００５０】即ち、ズーム速度が遅い場合にはフレーム
間で動きは検出されるものの、予測画像信号との差分値
も少なくなると考えられるので、動きが少ないときと同
様、Ｉピクチャの量子化ステップの最小値をより小さく
設定し、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの量子化ステップの最
小値をより大きく設定する。
【００５１】また、前述の各実施形態では、本発明を撮
像装置に対して適用した場合について説明したが、これ
以外にも、画像信号を量子化、符号化する場合に本発明
を適用することができ、同様の効果をもつ。
【００５２】また、図１の符号化部はこれらの構成の全
てまたは一部を１つのＩＣチップとして構成することも
可能であり、更に、図１の各機能をマイクロプロセッサ
や、レジスタ、ＲＡＭなどを用いたソフトウエア処理に
て実現することも可能である。
【００５３】この場合、図１の機能を達成するためのプ
ログラムを記憶したメモリなどの記憶メディアも本発明
を構成する。
【００５４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
無駄のない符号量の割り当てを実現することができ、ま
た、視覚効果を考慮した最適な量子化ステップを決定す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される符号化部の構成を示す図で
ある。
【図２】本発明が適用される撮像装置の構成を示す図で
ある。
【図３】符号化処理に伴う画像データの順序の様子を示
す図である。
【図４】予測符号化動作を示す図である。
【図５】１フレーム内の量子化ステップの様子を示す図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C022 AB55 AB66 AC69 5C059 KK01 MA00 MA05 MA14 MA23 MC11 MC38 ME01 NN01 NN21 NN23 PP05 PP06 PP07 SS14 TA46 TA60 TB04 TB07 TC18 TC27 TC38 TD12 UA02 5J064 AA01 AA02 BA09 BA16 BC08 BC16 BC26 BD01

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力された動画像信号を量子化ステップ
    に従い量子化する量子化手段と、 前記量子化手段により量子化された動画像信号を可変長
    符号化する符号化手段と、 所定の単位毎に前記量子化ステップの最小値を決定し、
    この最小値を下回らないよう前記量子化ステップを決定
    する制御手段とを備える信号処理装置。
  2. 【請求項２】 前記制御手段はフレーム毎に前記量子化
    ステップの最小値を決定することを特徴とする請求項１
    記載の信号処理装置。
  3. 【請求項３】 前記制御手段は目標データレートに基づ
    いてフレーム毎の目標符号量を決定し、この目標符号量
    に従って前記量子化ステップを設定することを特徴とす
    る請求項２記載の信号処理装置。
  4. 【請求項４】 １フレームの前記動画像信号は複数のブ
    ロックから構成されており、前記制御手段は１つのブロ
    ック毎に前記量子化ステップを設定することを特徴とす
    る請求項２記載の信号処理装置。
  5. 【請求項５】 前記符号化手段から出力される動画像信
    号はＭＰＥＧ方式に従う信号であり、前記制御手段は前
    記入力された動画像信号のうちＩピクチャ、Ｐピクチャ
    及びＢピクチャ毎に独立に前記量子化ステップの最小値
    を決定することを特徴とする請求項１記載の信号処理装
    置。
  6. 【請求項６】 前記制御手段は更に、前記入力された動
    画像信号の動きが大きい場合には前記Ｉピクチャの量子
    化ステップの最小値と、前記Ｐピクチャ及びＢピクチャ
    の量子化ステップの最小値との差が小さくなるよう各ピ
    クチャの量子化ステップの最小値を決定し、前記入力さ
    れた動画像信号の動きが小さい場合には前記Ｉピクチャ
    の量子化ステップの最小値と、前記Ｐピクチャ及びＢピ
    クチャの量子化ステップの最小値との差が大きくなるよ
    う各ピクチャの量子化ステップの最小値を決定すること
    を特徴とする請求項５記載の信号処理装置。
  7. 【請求項７】 同一フレーム内の信号のみを用いて符号
    化を行うイントラ符号化モードと、２つ以上の異なるフ
    レームの信号を用いて符号化を行うインター符号化モー
    ドとを有し、前記制御手段は前記イントラ符号化モード
    にて符号化を行う画像信号と前記インター符号化モード
    にて符号化を行う画像信号とで独立に前記量子化ステッ
    プの最小値を決定することを特徴とする請求項１記載の
    信号処理装置。
  8. 【請求項８】 前記制御手段は更に、所定期間内に前記
    符号化手段より出力された符号化画像信号の符号量に基
    づいて前記量子化ステップの最小値を変更することを特
    徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  9. 【請求項９】 前記制御手段は更に、前記入力された動
    画像信号の特徴に基づいて前記量子化ステップの最小値
    を決定することを特徴とする請求項１記載の信号処理装
    置。
  10. 【請求項１０】 前記制御手段は前記入力された動画像
    信号の動きに基づいて前記量子化ステップの最小値を決
    定することを特徴とする請求項９記載の信号処理装置。
  11. 【請求項１１】 前記制御手段は前記複数フレームの前
    記動画像信号の比較結果に基づいて動きを検出すること
    を特徴とする請求項１０記載の信号処理装置。
  12. 【請求項１２】 前記動画像信号のうち符号化すべきフ
    レームの参照フレームより予測画像信号を生成すると共
    に前記予測画像信号に対する動きベクトルを検出する動
    き補償予測手段を備え、前記制御手段は前記動き補償予
    測手段により検出された動きベクトルに基づいて前記入
    力動画像信号の動きを検出することを特徴とする請求項
    １０記載の信号処理装置。
  13. 【請求項１３】 前記入力動画像信号のうち符号化すべ
    きフレームの画像信号と前記予測画像信号との差分を得
    る減算器を備え、前記量子化手段は前記減算器により得
    られた差分信号を量子化することを特徴とする請求項１
    ２記載の信号処理装置。
  14. 【請求項１４】 前記入力動画像信号を発生する撮像手
    段を備え、前記制御手段は更に、前記撮像手段の動作状
    態に応じて前記量子化ステップの最小値を決定すること
    を特徴とする請求項１記載の信号処理装置。
  15. 【請求項１５】 前記制御手段は前記撮像手段によるズ
    ーム動作に応じて前記量子化ステップの最小値を決定す
    ることを特徴とする請求項１４記載の信号処理装置。
  16. 【請求項１６】 前記制御手段は前記撮像手段による手
    ぶれ補正機能にて用いられる手ぶれ情報に応じて前記量
    子化ステップの最小値を決定することを特徴とする請求
    項１４記載の信号処理装置。
  17. 【請求項１７】 前記入力された動画像信号を直交変換
    する直交変換手段を備え、前記量子化手段は前記直交変
    換手段から出力される前記画像信号の直交変換係数を量
    子化することを特徴とする請求項１記載の信号処理装
    置。
  18. 【請求項１８】 入力された動画像信号を量子化ステッ
    プに従い量子化する量子化手段と、 前記量子化手段により量子化された動画像信号を可変長
    符号化する符号化手段と、 前記量子化ステップを決定する制御手段とを備え、 前記制御手段が第１の値を前記量子化ステップの最小値
    に決定し、この第１の値を下回らないよう前記量子化ス
    テップを設定する第１のモードと、前記制御手段が前記
    第１の値とは異なる第２の値を前記量子化ステップの最
    小値に決定し、この第２の値を下回らないよう前記量子
    化ステップを設定する第２のモードとを有する信号処理
    装置。
  19. 【請求項１９】 入力された動画像信号を量子化ステッ
    プに従い量子化し、前記量子化された動画像信号を可変
    長符号化する方法であって、 所定の単位毎に前記量子化ステップの最小値を決定し、
    この最小値を下回らないよう前記量子化ステップを決定
    する信号処理方法。
  20. 【請求項２０】 入力された動画像信号を量子化ステッ
    プに従い量子化し、前記量子化された動画像信号を可変
    長符号化する方法であって、 第１の値を前記量子化ステップの最小値に決定し、この
    第１の値を下回らないよう前記量子化ステップを設定す
    る第１のモードと、前記第１の値とは異なる第２の値を
    前記量子化ステップの最小値に決定し、この第２の値を
    下回らないよう前記量子化ステップを設定する第２のモ
    ードとを有する信号処理方法。
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