JP2003319341A - 符号化装置及び符号化方法並びにコンピュータにて読取り可能な記録媒体 - Google Patents

符号化装置及び符号化方法並びにコンピュータにて読取り可能な記録媒体

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JP2003319341A JP2002197849A JP2002197849A JP2003319341A JP 2003319341 A JP2003319341 A JP 2003319341A JP 2002197849 A JP2002197849 A JP 2002197849A JP 2002197849 A JP2002197849 A JP 2002197849A JP 2003319341 A JP2003319341 A JP 2003319341A
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quantization
frame
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世 雄 鄭
Byeung-Woo Jeon
炳 宇 全
Kyung-Heon Noh
庚 憲 盧
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 リアルタイム可変ビット率制御を行う符号化
装置及び符号化方法を提供する。 【解決手段】 符号化される現在の映像データに対して
所定の映像変換を行い、行われた前記映像変換結果を量
子化して可変ビット率で符号化する。そして、ビデオ記
録時間の変化に応答してシステムに貯蔵されるビデオデ
ータの全体ビット予算を割り当て、現在の映像データ
と、以前に符号化された映像データを構成する画素間の
差に基づきフレームの複雑度を抽出し、抽出された前記
複雑度値を用いて量子化率値を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はデジタルビデオ圧縮
に係り、特に、ビデオ記録システム（例えば、デジタル
カメラ、デジタルビデオ付きカメラ）などのためのリア
ルタイム可変ビット率（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｂｉｔ Ｒａ
ｔｅ： ＶＢＲ）制御を行う符号化装置及び符号化方法
並びにコンピュータにて読取り可能な記録媒体に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ＭＰＥＧ−２、ＭＰＥＧ−４及びＨ．２
６３などのデジタルビデオ圧縮標準の出力ビットストリ
ームは、使用目的によって固定ビット率（Ｃｏｎｓｔａ
ｎｔＢｉｔ Ｒａｔｅ： ＣＢＲ）又は可変ビット率（Ｖ
ＢＲ）を用いる。
【０００３】ＣＢＲ符号化技術は、実現し易いという理
由から今まで多用されてきている。しかし、この技術
は、フレーム間の変化が激しい実際のビデオシーケンス
では画質が劣化するといった短所を有する。これに対
し、ＶＢＲ符号化技術は、定まった貯蔵空間に対して可
変的であり、しかも、効率良いビット割当てを行うこと
から、一定した画質及び効率良い圧縮符号化効果を与え
る。
【０００４】一般に、可変ビット率制御方法は、２回に
わたる量子化過程を経る。一つの量子化過程は最適化し
た量子化パラメータを捜し出すための過程であり、もう
一つの量子化過程は選択された量子化パラメータを用い
て実際の量子化を行う過程である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
可変ビット率制御方法は、最適化した量子化パラメータ
を捜し出す上で用いることはできるものの、２回にわた
る量子化過程を経るがゆえに、符号化に遅延を引き起こ
す。このため、ビデオデータをリアルタイムにて圧縮
し、且つ貯蔵するシステムに前記方法をそのまま適用し
難いという短所がある。
【０００６】そこで、本発明は、符号化されたビデオデ
ータを簡単な構造で、しかも、画質の劣化無しにリアル
タイムにて貯蔵できる符号化装置及び符号化方法並びに
コンピュータにて読取り可能な記録媒体を提供すること
を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る符号化装置
は、符号化される現在の映像データに対して所定の映像
変換を行い、行われた前記映像変換結果を量子化して可
変ビット率で符号化する符号化部と、可変ビット率制御
部とを含む。前記可変ビット率制御部は、ビデオ記録時
間の変化に応答してシステムに貯蔵されるビデオデータ
の全体ビット予算を割り当て、現在の映像データと、以
前に符号化された映像データを構成する画素間の差に基
づきフレームの複雑度を抽出し、抽出された前記複雑度
値を用いて量子化率値を決定する機能を行う。
【０００８】本発明に係る符号化装置は、他の形態とし
て、符号化部、複雑度計算部、目標ビット率決定部、場
面切り換え検出部、ＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｐｉｃｔ
ｕｒｅ）分析部、及び量子化率決定部を含む。前記符号
化部は、符号化される現在の映像データに対して所定の
映像変換を行い、行われた前記映像変換結果を量子化し
て可変ビット率で符号化する。前記複雑度計算部は、ビ
デオ記録時間の変化に応答して全体ビット予算を割り当
て、前記以前の映像データ及び前記現在の映像データを
構成する画素間の差に基づき前記フレームの複雑度を抽
出する。前記目標ビット率決定部は、前記複雑度値に応
答して各フレームに貯蔵される目標ビット率を決定す
る。前記場面切り換え検出部は、前記複雑度値に応答し
て前記現在の映像データの場面切り換えを検出する。前
記ＧＯＰ分析部は、前記映像データを構成する各々のフ
レームを相似た複雑度をもったフレーム同士にまとめ
る。前記率歪曲関数更新部は、前記ＧＯＰ分析部の分析
結果に応答して前記量子化率の計算に用いられる率歪曲
関数を更新する。そして、前記量子化率決定部は、前記
複雑度値、前記ビット予算、前記目標ビット率、及び前
記率歪曲関数更新部において更新された率歪曲関数のパ
ラメータに応答して量子化率を決定する。
【０００９】本発明に係る符号化方法は、（ａ）初期量
子化率値を用いてビデオ客体の符号化を行う段階と、
（ｂ）前記量子化率値に応答して該当フレームを相似た
複雑度をもったフレーム同士にまとめてＧＯＰ群を形成
する段階と、（ｃ）前記ＧＯＰ群の形成結果に応答して
率歪曲関数のパラメータを更新する段階と、（ｄ）場面
切り換えが検出されたか否かを判断する段階と、（ｅ）
前記（ｄ）段階における判断の結果、場面切り換えが検
出されたならば、ピクチャタイプをＰタイプからＩタイ
プに変更し、前記（ｂ）段階へ戻る段階と、（ｆ）前記
（ｄ）段階における判断の結果、場面切り換えが検出さ
れなかったならば、全体ビット予算を割り当て、該当フ
レームに対する目標ビット率を決定する段階と、（ｇ）
該当フレームの複雑度値及び前記目標ビット率に基づき
新しい量子化率及び量子化率の変化率を計算する段階
と、（ｈ）前記（ｇ）段階において計算された前記量子
化率を用いて前記ビデオ客体の符号化を行う段階とを含
むことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、添付した図面に基づき本発
明の好ましい実施形態を説明することにより本発明を詳
細に説明する。なお、図中、同一の参照符号は同一の要
素を表わす。
【００１１】図１は、本発明の好ましい実施形態による
可変ビット率制御アルゴリズムが適用されたビデオ記録
システムのための符号化器１００のブロック図である。
図１を参照すれば、本発明に係る符号化器１００は、デ
ータ入力部１０、離散コサイン変換部２０（Ｄｉｓｃｒ
ｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ Ｕｎｉｔ；
以下、ＤＣＴ部という）、量子化部４０、可変ビット率
制御部５０、可変長符号化部６０（以下、ＶＬＣ部とい
う）、バッファ８０及びデータ貯蔵部９０を含む。
【００１２】データ入力部１０は、動き測定（ＭＥ）／
動き補償（ＭＣ）データ１１及び現在の映像データ１２
のうちいずれか一方を選択して出力するスイッチング手
段であるマルチプレクサ１３と、以前の映像データ１５
が貯蔵されたフレームメモリとを含む。
【００１３】可変ビット率制御部５０は、絶対差の平均
値（ＭＡＤ）計算部５１、目標ビット率決定部５２、場
面切り換え検出部５３、量子化率決定部５４、ＧＯＰ分
析部５５及び率歪曲関数更新部５６を含む。
【００１４】ＤＣＴ部２０、量子化部４０、ＶＬＣ部６
０は、Ｈ．２６３、ＭＰＥＧ−４等で標準化されている
通常のテキスチャ符号化を行う。テキスチャ符号化はビ
デオデータを実際に圧縮する過程であり、ほとんどの圧
縮損失は量子化部４０において行われる量子化過程中に
生じる。多量の圧縮損失が生じれば、符号化効率は上が
るものの、画質は劣化する。このため、符号化器１００
は、符号化効率を上げつつ画質の劣化を最小化し得る適
当な量子化率Ｑ値を捜し出して符号化を行わなければな
らない。従って、量子化率値を決定する効率の良い率制
御アルゴリズムはビデオ符号化の上で必須要素であると
言える。このような率制御のために、本発明に係る可変
ビット率制御部５０は効率の良いビット予算を割り当
て、適切な量子化率を決定する。このような動作を行う
可変ビット率制御部５０の構成及び動作の詳細について
説明すれば、下記の通りである。
【００１５】ＭＡＤ計算部５１はマルチプレクサ１３か
ら現在の映像データ１２を受け入れ、且つ、フレームメ
モリから以前の映像データ１５を受け入れて、現在のフ
レームの画素と再構成された以前のフレームの画素間の
差に対する絶対値を求め、これらに対する平均値を求め
る。こうして求められたＭＡＤ値は現在のフレームの複
雑度を数値にて表わす。このＭＡＤは、下記数７により
求められる。
【数７】 ここで、Ｎはピクセルの数、Ｘｉは現在のフレームのピ
クセル値、Ｘ'iは再構成された以前のフレームのピクセ
ル値を各々表わす。
【００１６】ＭＡＤ計算部５１において計算されたＭＡ
Ｄ値は目標ビット率決定部５２、場面切り換え検出部５
３、及び量子化率決定部５４に入力される。場面切り換
え検出部５３はＭＡＤ計算部５１において計算されたＭ
ＡＤ値に応答して場面切り換えを検出し、検出された結
果をデータ入力部１０に設けられたマルチプレクサ１３
に出力する。マルチプレクサ１３は、場面切り換え検出
部５３から入力された場面切り換え検出結果に応答して
符号化されるデータをＤＣＴ部２０に送る。場面切り換
え検出部５３において行われる場面切り換えの検出条件
は、下記数８の通りである。
【数８】
【００１７】図２は、場面切り換えのある“テーブルテ
ニス”テストシーケンスのＭＡＤ変化を示したものであ
る。図２を参照すれば、場面切り換えが起こった部分で
ＭＡＤ値の変化が著しく現れるということが分かる。こ
の場合は前記数８の条件を満足する場合であって、場面
切り換えが起こる部分である。
【００１８】一般に、符号化器は、ビデオ符号化に際
し、ほとんどのフレームに対して相互間の相関度を用い
るＰタイプのピクチャに符号化するインタ符号化を行
う。しかし、場面切り換えが起こった場合にはフレーム
間の相関度が落ちるがゆえに、インタ符号化の利点は無
くなり、エラーに脆弱なデータになってしまう。従っ
て、本発明に係る符号化器１００は、場面切り換え検出
部５３において場面切り換えを検出し、場面切り換えが
検出された場合には該当フレームをＰタイプからＩタイ
プのピクチャにイントラ符号化を行い、一定したビデオ
品質を与える。場面切り換え検出部５３において行われ
る場面切り換えの検出は、前述したようにＭＡＤを用い
て行っても良いが、ＭＡＤのほかにモーションベクトル
（ＭＶ）を用いて行っても構わない。
【００１９】一方、目標ビット率決定部５２は、ＭＡＤ
計算部５１において計算されたＭＡＤ値を用い、ビデオ
記録システム（例えば、デジタルカメラ、デジタルビデ
オ付きカメラ）などに用いられる全体ビット予算を設定
する。図３は、記録システムのために毎フレーム別に一
様に割り当てられた全体ビット予算を示したものであ
る。図３中、ｎは貯蔵時間を表わし、Ｒｓは秒当たり貯
蔵される目標ビット量を表わす。
【００２０】ビデオ記録システムにリアルタイムにてビ
デオデータを記録するに当たって最優先的に考慮すべき
一つの事項は、全体的なビット予算を決定することであ
る。しかしながら、ビデオ入力装置によりリアルタイム
にてビデオを符号化する時、どれだけの時間中に記録を
行うかは分からないため、正確にビット予算を割り当て
ることができない。このため、符号化器１００は、符号
化を始める時に一定量のビット予算を割り当て、経時的
にビット予算を割り当て続ける。このための最も簡単な
方法は、図３に示されたように、時間がｎ秒経つごとに
ｎ秒に当たるビット予算をフレーム毎に一様に割り当て
る方法である。この時、割り当てられる全体ビット予算
はｎ×Ｒｓとなり、毎フレームに割り当てられるビット
量は、下記数９の通りである。
【数９】 ここで、Ｒはフレームに割り当てられるビット量、Ｒｒ
は使用可能なビット量、そしてＮｒは符号化されるフレ
ームの数を各々表わす。例えば、ｎは５であり、且つ、
目標とするビット率（すなわち、目標ビット率）は５１
２Ｋｂｐｓであると仮定すれば、使用可能な全体ビット
量Ｒｒは５×５１２Ｋビットとなる。また、フレーム率
は１５フレーム／秒であるとすれば、初期に符号化され
るフレーム数Ｎｒは５×１５となり、最初のフレームに
割り当てられるビット量は約３４．１Ｋビットとなる。
【００２１】しかしながら、幾つかのフレームにおいて
ビット発生量が突然増えてくる場合、以降のフレームに
は少量のビット予算を分割して割り当てるがゆえに、画
質に劣化が起こってしまう。かかる問題を解決するため
に、本発明に係る目標ビット率決定部５２は、ビット予
算の決定に際し、ＶＢＲの特性を用いて余裕のあるビッ
ト予算を割り当てる。このため、以前のフレームにおけ
る突然のビット量の増加が以降のフレームに伝播される
影響力が弱くなり、画質が改善される。
【００２２】図４は、本発明の好ましい実施形態により
割り当てられた全体ビット予算を示したものである。図
４に示された方法においては、ｍ×ｎ時間（ここで、ｍ
及びｎは整数）に当たるビット予算を初期ビット予算と
して設定し、符号化が始まってからｎ時間経つごとにｎ
時間に当たるビット予算を割り当てる。この場合、ｎは
５秒であるとした時、初期の割当て量として１０秒に対
するビット予算を割り当て、５秒経つごとにその時間だ
けのビット予算を割り当てることにより、余裕のあるビ
ット予算を維持し続ける。このようなビット予算の割当
て方式は、毎秒ごとに一定のビット予算を割り当てる場
合（図３）に比べて量子化率値が平均的に約５％下が
り、且つ、量子化率の変化率が約１０％下がるという長
所がある。
【００２３】毎フレームに割り当てられるビット量を決
定するに当たって考慮すべきもう一つの事項は、フレー
ムの複雑性である。換言すれば、以前のフレームにおい
て多くのビットが生じたならば、そのフレームは複雑な
画面として見なされ、次のフレームもまた複雑な画面で
ある可能性が高いと言える。一般に、デジタル動映像の
フレーム率は普通８フレーム／秒以上であり、フレーム
間の性質が類似していると言える。このため、現在のフ
レームの複雑性は以前のフレームの複雑性と高い関連性
があると言える。従って、以前のフレームにおいて生じ
るビット量を観察すれば、現在のフレームにどれほどの
ビットを割り当てるかを類推することができる。
【００２４】従って、現在のフレームに割り当てられる
ビット量は、使用可能な全体ビット予算と、以前のフレ
ームの複雑性との両方を考慮して割り当てられる。これ
を数式で表わせば、下記数１０の通りである。
【数１０】 ここで、Ｒはフレームに割り当てられるビット量、Ｒｒ
は使用可能なビット量、Ｎｒは符号化されるフレームの
数を各々表わし、ｍ＋ｎ＝１である。
【００２５】この時、ＶＢＲ特性を考慮し、フレームに
対する目標ビット量をより効率良く割り当てたいなら
ば、ＭＡＤ計算部５１において計算されたＭＡＤ値を用
いることができる。ＭＡＤは現在のフレームの複雑性を
示す尺度であり、現在のＭＡＤが普通のＭＡＤよりも高
いならば、平均ビット量よりも多くのビットが現在のフ
レームにおいて生じるであろう。従って、大きいＭＡＤ
を有するフレームに多くのビットを割り当てれば、より
効率の良い目標ビット量の割当てが可能になる。これを
数式で表わせば、下記数１１の通りである。
【数１１】 ここで、Ｒはフレーム当り割り当てられた目標ビット量
であり、（使用可能な全体ビット量）／（符号化される
Ｐフレームの数）を意味する。そして、Ｘ１、Ｘ２は前
記数１１で表わされる率歪曲関数の更新に用いられるパ
ラメータを表わし、ＭＡＤは符号化の複雑度を数値で表
わしたものである。
【００２６】ＭＡＤは、前記数７に示されたように、現
在のフレームの画素と復元された以前のフレームの画素
との間の差の絶対値に対して平均を取ったものである。
従って、ビット発生量を予測するに際し、ＭＡＤの計算
量はＶＢＲ制御のためのハードウェアが別設されない限
り、無視できないほどの計算量になることがある。従っ
て、本発明においては、ＭＡＤの計算的な負荷を減らす
ために、動きの情報を表わすモーションベクトル（Ｍ
Ｖ）を用いてマクロブロック（ＭＢ）単位の計算を行
い、計算量を低減する。この場合、ＭＡＤの計算に比べ
て約１００倍ほどの計算量が減る。
【００２７】ビット発生量を予測するに当たってＭＶを
用いるということは結局、ＭＶを分析してフレームの複
雑度を測定するということを意味する。すなわち、物体
の活動及び動きの度合いはビット発生の可能性を予測可
能にする。本発明においては、ビット発生の可能性を予
測するに当たって、ＭＶの絶対値平均と、隣接するマク
ロブロック間に生じるＭＶ差の絶対値平均とを用いる。
【００２８】先ず、ＭＶの絶対値平均を数式で表わせ
ば、下記数１２の通りである。
【数１２】 ここで、Ｎはマクロブロックの数、ＭＶxiはＭＶの水平
成分、ＭＶyiはＭＶの垂直成分を各々表わす。前記数１
２により求められた｜ＭＶ｜値は、ビデオデータに速い
動きが存在し、且つ、活動度が高いほど大きい値を有す
る。これはフレーム間移動量が多いことを意味するの
で、ビット発生量が増える。
【００２９】下記数１３は、隣接するマクロブロック間
に生じるＭＶ差の絶対値平均を表わす。
【数１３】 ここで、Ｍ-difはＭＶ間の絶対差の平均値、Ｈは水平マ
クロブロックの数、Ｖは垂直マクロブロックの数、ＭＶ
xj,iは現在のマクロブロックに対するＭＶのｘ成分、Ｍ
Ｖyj,iは現在のマクロブロックに対するＭＶのｙ成分、
ＭＶxj,i+1は水平方向の次のマクロブロックに対するＭ
Ｖのｘ成分、ＭＶyj,i+1は水平方向の次のマクロブロッ
クに対するＭＶのｙ成分、ＭＶxj+1,iは垂直方向の次の
マクロブロックに対するＭＶのｘ成分、ＭＶyj+1,iは垂
直方向の次のマクロブロックに対するＭＶのｙ成分を各
々表わす。
【００３０】前記数１３に示されたＭ-dif値は、水平方
向にマクロブロック間の絶対差の平均値を求めた後、さ
らに垂直方向にマクロブロック間の絶対差の平均値を求
めることにより得ることができる。この二つの成分に重
み付け値を与えれば、ＭＡＤの代わりに現在のフレーム
の複雑度を表わすことができる。このＭ-dif値はビデオ
データに速い動きが存在し、且つ、活動度が高いほど大
きい値を有する。これはフレーム間移動量が多いことを
意味するので、ビット発生量が増える。
【００３１】本発明においては、目標ビット率を決定す
るに当たってＭＶを用いる場合、前記数１２に示された
ＭＶの絶対値平均｜ＭＶ｜の半分と、前記数１３に示さ
れたマクロブロック別ＭＶの絶対値平均Ｍ-difの半分と
を考慮してビット発生量を予測する。
【００３２】前述したように、現在のフレームに対する
目標ビット率が割り当てられれば、量子化率決定部５４
はＭＡＤ計算部５１において計算されたＭＡＤ値と、目
標ビット率決定部５２において決定された目標ビット率
Ｒに応答して量子化率Ｑを計算する。計算された量子化
率値は画質の劣化度を決定する値であり、ＤＣＴ部２０
において計算されたＤＣＴ係数を振り分ける値として用
いられる。
【００３３】良好な画質を得るには平均歪曲（すなわ
ち、平均量子化率値）が少ない必要があるとはいえ、何
よりも一定した画質を維持することが重要である。従っ
て、一定した画質を維持するには、できる限り最小限の
量子化率の変化と、効率良いビットの割り当てとの両立
が必要である。
【００３４】ところで、もし、その都度計算された量子
化率値をそのまま適用して量子化を行えば、フレーム間
で変わるビデオ入力により量子化率値の変化は一層激し
くなる。従って、本発明においては、一定した画質を与
え続けるために量子化率の変化率を制御する。すなわ
ち、下記数１４によりフレーム間の最大変化率及び最小
変化率に対する制限値を設定し、ビデオ圧縮の標準にお
いて定義する最大値及び最小値を設定して量子化率値を
再び調整する。
【数１４】 ここで、Ｑ(t)は現在のフレームに用いられる量子化率
値、Ｑ'(t)は率歪曲関数により計算された量子化率値、
Ｑ(t−１)は以前のフレームに用いられた量子化率値、
そして、Ｋは量子化率変化率の係数を各々表わす。
【００３５】量子化率の最小値であるＱminは、ＭＰＥ
Ｇ−４の認証モデル（ＶＭ）においては１として定義さ
れている。しかし、本発明においては、１ないし６のＱ
minにおいては画質に大した違いがないという性質を用
い、Ｑminを６として用いる。量子化率の最小値Ｑminを
６とする場合、低減されたビット量が複雑な画面に用い
られ、ビット量を全体として低減するという効果があ
る。
【００３６】もし、率歪曲関数により計算された量子化
率値Ｑ'(t)が(1±Ｋ)Ｑ(t-1)範囲内にあれば、この値は
そのまま用いることができる。しかし、もし、前記範囲
を外れたならば、(1±Ｋ)Ｑp(t-1)値もしくは(1±Ｋ)Ｑ
p(t-1)値が用いられる。Ｋ値は現在の状態によって変わ
る値であり、最終的に量子化率値を決定するパラメータ
として用いられる。従って、Ｋ値を調整することにより
量子化率の変化率の制御が最終的に行われる。Ｋによる
量子化率の変化率の制御は、下記数１５の通りである。
【数１５】 ここで、限界パラメータＬはＫの上限を決定する上で用
いられ、変化率パラメータＤはＫの変化度を決定する上
で用いられる。前記数１５により調節される率の範囲を
図５に示す。
【００３７】図５は、本発明に係る可変ビット率符号化
器１００で許容される率範囲を示したものである。図５
を参照すれば、先ず、ビット率に対する安全領域が設定
される。安全領域とは、可変ビット率符号化器で許容さ
れる率範囲である。次に、目標ビット量に比べて現在の
ビット発生量がどれほど外れているかを示すパラメータ
ｒが定義される。ｒは実際の発生ビット率を目標ビット
率で割った値として定義される。例えば、目標ビット率
を１とした時、ｒが１よりも大きい場合には多量のビッ
トが生じることを表わし、ｒが１よりも小さい場合には
少量のビットが生じることを表わす。限界パラメータで
あるＬは量子化率が変わる許容範囲を決定する上でのみ
ならず、安全領域を決定する上で用いられる。
【００３８】変化率パラメータＤは、現在の状態ｒによ
って決定される。例えば、ｒ≧１であり、ｒ＜１＋Ｌで
ある場合、Ｄはｒ/(１＋Ｌ）となって、現在のビット率
が目標ビット率に比べてどれほど外れているかを示すこ
とになる。その外れ度によりＫ値が調節される。この
時、もし、ｒが１＋Ｌよりも大きくなれば許容範囲を外
れてしまい、Ｄは１となり、Ｋは最大値であるＬとな
る。すなわち、現在のフレームの量子化率Ｑ(t)値が以
前のフレームの量子化率Ｑ(t-1)値よりもＬ×１００％
まで増減することを許容する。これと同様に、現在の位
置ｒが１−Ｌと１との間にある場合、現在の発生ビット
量は目標ビット量よりも少量生じるものの許容可能なビ
ット率範囲にあるがゆえに、Ｋ値は最大値の代わりに所
定の範囲（すなわち、Ｋ＝Ｌ×Ｄ＝（１−Ｌ）/ｒ）に
調節された値を有する。すなわち、量子化率の変化度を
決定するＫパラメータは、目標ビット率に対する現在の
発生ビット率の外れ度によって異なる値を有するが、外
れ度が大きいほど大きい値を有して量子化率の変化を大
きくする。この時、Ｋパラメータは所定の上限値Ｌをも
って変わる。
【００３９】以上述べたように、量子化率値はＫにより
変化率が調整され、且つ、Ｋ値はＤ値に比例して増減す
るがゆえに、量子化率の変化率は発生ビット量により自
動的に調節される。このような調節過程を経れば量子化
率の変化率が下がる。このような効果は図６を参照すれ
ば明確になる。
【００４０】図６は、量子化率の変化率の制御効果を示
したものである。図６を参照すれば、量子化率値は既存
に比べてさらに緩和された変化率に調節されるというこ
とが分かる。このように量子化率値の変化率が下がれれ
ば、限られたビット率内で一定した画質が最大限に維持
されるという効果がある。
【００４１】量子化率の変化率を調整するには、バッフ
ァのオーバフロー及びアンダフローを回避できるように
バッファレベルを常に監視しなければならない。例え
ば、バッファレベルが一定のレベルよりも高くなればバ
ッファにオーバフローが生じる可能性があるために、現
在の量子化率値は最大の変化率範囲内において以前の値
に比べて高い値に変わるように調節される。
【００４２】量子化部４０により量子化が行われれば、
ＧＯＰ分析部５５は量子化率決定部５４において決定さ
れた量子化率に応答して該当フレームを相似た複雑度を
もったフレーム同士にまとめてＧＯＰ群を形成する。そ
して、率歪曲関数更新部５６において率歪曲関数のパラ
メータＸ１、Ｘ２を更新する。この二つのパラメータＸ
１、Ｘ２は率歪曲関数更新部５６において以前のフレー
ムの発生ビット量及び量子化率値により毎フレームの符
号化の直前にアップデートされる。この過程中に用いら
れる以前のフレームのビット量及び量子化率値をデータ
ポイントと呼ぶ。適切なデータポイントの選択はより正
確な量子化率値を得るに当たって決定的な影響を及ぼ
す。
【００４３】本発明においては、適切なデータポイント
の選択のために、フレームをグループ分けするに際し、
相似た複雑度をもったフレームを同一のＧＯＰ群にまと
めるＧＯＰ（又はＳＯＰ）概念を導入する。従って、相
似たビット発生量特性をもったフレームが一つのグルー
プにまとめられ、同じＧＯＰ内のデータポイントが選択
されて用いられるので、より適切なデータポイントが選
択可能になる。
【００４４】前述したように、ビット発生量によりフレ
ームをグループ分けするということは、量子化率の値に
よりグループ分けするという意味でもある。というの
は、目標ビット率決定部５２によりビット量が既に調節
されている状況であるがゆえに、量子化率値が大きくな
るということは、該当画面が複雑な画面であることを意
味するからである。結局、量子化率値によりフレームを
グループ分けすれば、相似た複雑度をもったフレームが
同じＧＯＰ内にまとめられ、データポイントは同じＧＯ
Ｐ内だけで選択可能になる。すなわち、相似た複雑度を
もったフレームを選択して率歪曲関数パラメータＸ１、
Ｘ２を更新するのである。この時、ＧＯＰ内のフレーム
数は一定ではなく、最小及び最大のフレーム数を有する
ことができる。本発明においては、実験を通じて、最小
３枚、最大１００枚という下限及び上限を定めている。
【００４５】ビット発生量により行われるフレームのグ
ループ分けは、量子化率値によるフレームのグループ分
けと同じ効果を有するために、本発明においては、量子
化率の変化に基づきＧＯＰをグループ分けする。図７
は、量子化率の変化によりフレームがＧＯＰにグループ
分けされることを示したものである。図７は、テストビ
デオである“ステファン”シーケンスに対する実際の量
子化率の変化度を示したグラフである。平均量子化率Ｑ
ａｖｇに基づき上下に分けてみる時、下の部分は複雑度
が低いフレームにグループ分けされ、上の部分は複雑度
が高いフレームにグループ分けされ、グループ分けされ
た各々のフレームがＧＯＰを形成する。このような過程
を経れば、相異なる特性をもったフレームからデータポ
イントが選択されることを防ぐことができる。
【００４６】しかしながら、突然動きが増えたり、ある
いは活動度が変わったりして多量のビットが生じれば、
量子化率値は目標ビット率に合わせるために急増する。
もちろん量子化率の変化にはある程度の制限が加えられ
るとはいえ、突然フレームの複雑度が上がれば、画質が
劣化する結果となる。本発明においては、突然フレーム
の複雑度が上がって画質が劣化することを減らすため
に、フレーム率を制御する。
【００４７】フレーム率を制御する方法には各種のもの
があるが、本発明においては、構成の簡便性を考慮し、
下記の条件をすべて満足する時に限ってフレーム率を下
げるようにしている。 １）Ｑ＞ｎ×Ｑaverageである場合（ここで、ｎは任意
の整数） ２）Ｑ＞Ｑpreviousの場合が連続してｙ回生じた場合
（ここで、ｙ任意の整数） ３）現在のバッファレベルがバッファ全体の大きさのｍ
％以上である場合（ここで、ｍは任意の整数） ４）以前のｋ枚のフレームにおいてフレーム省略が生じ
ていない場合（ここで、ｋは任意の整数） ５）動きが速いフレームが連続した場合 前記条件のうち、１）の条件及び２）の条件は量子化率
の連続的な立ち上がりを検査するための条件であり、
３）の条件はフレーム率が下がる時にバッファがアンダ
フローされることを防ぐための条件である。そして、
４）の条件は視覚的に認識し易い部分に対してはフレー
ム率を下げないための条件であり、５）の条件は速い動
きに対しては視覚的に鈍感になる現象を用いるための条
件である。かかるフレーム率制御方法は、速い動きに対
しては人間の目が視覚的に鈍くなる特性を用いて突然の
量子化率の増加を抑えることにより、激しい画質の劣化
を低減できる。
【００４８】図８は、本発明に係る符号化器１００の可
変ビット率制御方法を示したフローチャートである。図
８を参照すれば、まず、符号化器１００は、初期量子化
率値を用いてビデオ客体を符号化する（１４００段
階）。次に、ＧＯＰをグループ分けし（１５５０段
階）、率歪曲関数のパラメータＸ１、Ｘ２を更新する
（１５６０段階）。そして、バッファの状態を検査して
ビデオ客体が省略されたか否かを判断し（１５７０段
階）、ビデオ客体の省略の必要性から現在の客体が省略
されたならば、１５５０段階へ戻る。一方、１５７０段
階における判断の結果、ビデオ客体が省略されなかった
ならば、２５３０段階へ進み、場面切り換えが検出され
たか否かを判断する。 場面切り換えの検出に際して
は、回路の構成に応じてＭＡＤもしくはＭＶを用いる。
２５３０段階における判断の結果、場面切り換えが検出
されたならば、ピクチャタイプをＰタイプからＩタイプ
に変更し（２５３２段階）、１５５０段階へ戻る。一
方、２５３０段階における判断の結果、場面切り換えが
検出されなかったならば、全体ビット予算を割り当て、
該当フレームに対する目標ビット率を決定する（３５２
０段階）。次に、計算されたＭＡＤ値（もしくはＭＶ）
及び目標ビット率に基づき量子化率及び量子化率の変化
率を計算する（３５４０段階）。次に、計算された量子
化率を用い、ビデオ客体の符号化を行う（４４００段
階）。
【００４９】かかる可変ビット率制御方法によれば、全
体ビット予算が効率良く割り当てられ、しかも、適切な
量子化率が決定される。従って、簡単な構造でも符号化
されたリアルタイムビデオデータを画質の劣化無しに一
定した画質として貯蔵可能になる。
【００５０】以上のような本発明に係る符号化器１００
の性能を従来の符号化器と比較すれば、下記の通りであ
る。本発明においては、ＭＰＥＧ−４の国際標準による
Ｃソースレベルの符号化器シミュレータを用いて実験を
行った。さらに、前述したすべてのアルゴリズムがＣコ
ードにより実現される。符号化器のプロファイルはシン
プルプロファイルを基準として実現される。
【００５１】まず、ｎが５である時、従来のビット予算
割当て方式によりビット予算が割り当てられた場合（図
３参照）と、本発明に係る方式によりビット予算が割り
当てられた場合（図４参照）の性能を比較してみれば、
下記表１及び下記表２の通りである。また、その結果を
図９にも示す。
【表１】
【表２】 前記表１において、Ｑ−（Ｑバー）は量子化率の全体平
均を表わし、σＱは量子化率の標準偏差を表わす。ま
た、前記表２において、｜Ｑp(t)-Ｑp(t-1)｜はフレー
ム間量子化率の絶対差の平均値であって、現在のフレー
ム及び以前のフレーム間の量子化率の瞬間的な変化度を
表わす。
【００５２】まず、表１から明らかなように、本発明は
従来の技術に比べて各々のビデオシーケンスに対して小
さい量子化率値と、小さい量子化率の変化度とを有す
る。特に、本発明は一定した画質の維持にかかわる量子
化率の変化が従来の技術に比べてはるかに低いという特
徴を有する。これは、画質の劣化を低減させる結果につ
ながる。
【００５３】図９は、表２に示された各ビット予算の割
当て方式による瞬間量子化率の変化を示したものであ
る。表２及び図９から明らかなように、本発明は従来の
技術に比べて小さい量子化率の変化率を有する。従っ
て、一定したビデオ品質を与えることができる。
【００５４】前述したように、可変ビット率を制御する
上で用いられる歪曲測定手段としては、ＭＡＤ及びＭＶ
がある。下記表３と図１０及び図１１は、ＭＡＤを用い
た場合及びＭＶを用いた場合に対する性能比較の結果で
ある。
【表３】 前記表３において、Ｑ−（Ｑバー）は量子化率の全体平
均を表わし、σＱは量子化率の標準偏差を表わす。図１
０及び図１１は各々、“コーストガード”ビデオシーケ
ンス及び“ステファン”ビデオシーケンスに対する可変
ビット率の制御にＭＡＤ及びＭＶが用いられた場合のビ
ット変化率を示したものである。
【００５５】表３及び図１０から明らかなように、“コ
ーストガード”ビデオシーケンスの場合、可変ビット率
の制御にＭＡＤを用いた場合の方がＭＶを用いた場合よ
りも小さい量子化率値及び小さい量子化率の変化率を有
する。また、表３及び図１１から明らかなように、活動
度の高い“ステファン”ビデオシーケンスの場合、ＭＡ
Ｄを用いた場合及びＭＶを用いた場合において性能差が
ほとんど見られない。この２種類の方法を比較すれば、
ＭＡＤを用いる場合はＭＶを用いる場合に比べて性能的
には優れているものの、計算量が多い。従って、与えら
れたシステムに対する計算量の低減及び性能の優秀性の
両立のために、ＭＡＤもしくはＭＶが適切に選択されて
用いられる。
【００５６】次に、本発明に係る可変ビット率制御方法
を従来のＭＰＥＧ−４におけるＶＭ５率制御方法と比較
し、その結果を下記表４ないし下記表６に示す。ここ
で、本発明に対する実験はシーケンス全体の時間を知ら
ないという仮定下で行い、ＶＭ５に対しては全体の時間
を知っているという仮定下でビット予算を割り当てて行
った。
【表４】
【表５】
【表６】 前記表４において、Ｑ−（Ｑバー）は量子化率の全体平
均を表わし、σＱは量子化率の標準偏差を表わす。前記
表５において、 ＰＳＮＲ_Ｙは輝度成分のピーク信号対
雑音比（Ｐｅａｋ Ｓｉｇｎａｌ−ｔｏ−Ｎｏｉｓｅ Ｒ
ａｔｉｏ： ＰＳＮＲ）を表わす。また、前記表６にお
いて、ＶＡＲ（ＰＳＮＲ）はＰＳＮＲの変化率を表わ
し、σPSNRはＰＳＮＲの標準偏差を表わす。
【００５７】前記表４ないし表６から明らかなように、
本発明がＶＭ５に比べてあらゆる側面から向上した性能
を有し、特に、一定した画質の維持にかかわる量子化率
の標準偏差及びＰＳＮＲの標準偏差が著しく低い。そし
て、前記表４ないし表６には示されていないが、量子化
率の瞬間的な変化を示す｜Ｑp(t)-Ｑp(t-1)｜値の側面
でも、本発明がＶＭ５に比べて格段に優れている。この
理由から、本発明は既存の方法に比べて優れた画質のビ
デオデータを与えることができる。
【００５８】以上により本発明の最適な実施形態が開示
された。ここで、特定の用語が使用されているが、これ
は単に本発明を説明するために使用されたものであり、
意味の限定や特許請求の範囲上に記載された本発明の範
囲を制限するために使用されたものではない。よって、
この技術分野における当業者であれば、これより各種の
変形及び均等な他の実施形態が可能であるという点を理
解できるであろう。よって、本発明の真の技術的な保護
範囲は特許請求の範囲上の技術的な思想によって定まる
べきである。
【００５９】さらに、本発明は、コンピュータにて読取
り可能な記録媒体、そしてコンピュータにて読取り可能
なコードとして実現できる。コンピュータにて読取り可
能な記録媒体は、コンピュータシステムにより読取り可
能なデータが貯蔵されるあらゆる記録装置を含む。コン
ピュータにて読取り可能な記録媒体としては、例えばＲ
ＯＭ、ＲＡＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、フロッピー
（登録商標）ディスク、光データ貯蔵装置などがある。
これらに加えて、キャリアウェーブ（例えば、インター
ネットを通じて伝送）の形に実現されるものも含む。ま
た、コンピュータにて読取り可能な記録媒体はネットワ
ークにより結ばれたコンピュータシステムに分散され
て、分散方式によりコンピュータにて読取り可能なコー
ドとして貯蔵され、且つ実行される。
【００６０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る符号化
装置及び符号化方法並びにコンピュータにて読取り可能
な記録媒体は、リアルタイムシステムにおいて無視でき
るほどの符号化遅延を有するようにビット予算及び適切
な量子化率を効率良く決定することにより、簡単な構造
でも符号化されたリアルタイムビデオデータを画質劣化
の無い一定した画質として貯蔵することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の好ましい実施形態による可変ビット率
制御アルゴリズムが適用されたビデオ記録システムのた
めの符号化器のブロック図である。
【図２】場面切り換えのある“テーブルテニス”テスト
シーケンスのＭＡＤ変化を示した図である。
【図３】記録システムのためにフレーム別に一様に割り
当てられた全体ビット予算を示した図である。
【図４】本発明の好ましい実施形態により割り当てられ
た全体ビット予算を示した図である。
【図５】本発明に係る可変ビット率符号化器により認め
られる率範囲を示した図である。
【図６】量子化率の変化率制御効果を示した図である。
【図７】量子化率の変化によりフレームがＧＯＰにグル
ープ分けされることを示した図である。
【図８】本発明に係る符号化器の可変ビット率制御方法
を示したフローチャートである。
【図９】表２に示された各ビット予算割当て方式による
瞬間量子化率の変化を示した図である。
【図１０】“コーストガード”ビデオシーケンスに対す
る可変ビット率の制御にＭＡＤ及びＭＶが用いられた場
合のビット変化率を示した図である。
【図１１】“ステファン”ビデオシーケンスに対する可
変ビット率の制御にＭＡＤ及びＭＶが用いられた場合の
ビット変化率を示した図である。
【符号の説明】
１０ データ入力部 ２０ 離散コサイン変換部 ４０ 量子化部 ５０ 可変ビット率制御部 ５１ ＭＡＤ計算部 ５２ 目標ビット率決定部 ５３ 場面切り換え検出部 ５４ 量子化率決定部 ５５ ＧＯＰ分析部 ５６ 率歪曲関数更新部 ６０ 可変長符号化部 ８０ バッファ ９０ データ貯蔵部 １００ 符号化器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 盧 庚 憲 大韓民国京畿道水原市八達区靈通洞193− ３番地202号 Ｆターム(参考） 5C053 GB22 GB26 GB28 GB30 GB32 GB37 LA01 5C059 MA00 MA05 MA23 MC11 MC38 ME01 NN21 PP05 PP06 SS14 TA25 TA46 TA60 TB02 TC02 TC06 TC10 TC12 TC14 TC38 TC41 TD03 TD05 TD11 TD16 UA02 UA32 5J064 AA00 BA04 BA09 BA16 BB10 BC01 BC02 BC16 BC21 BC25 BD04

Claims (43)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 符号化される現在の映像データに対して
    所定の映像変換を行い、行われた前記映像変換結果を量
    子化して可変ビット率で符号化する符号化部と、 ビデオ記録時間の変化に応答してシステムに貯蔵される
    ビデオデータの全体ビット予算を割り当て、現在の映像
    データと、以前に符号化された映像データを構成する画
    素間の差に基づきフレームの複雑度を抽出し、抽出され
    た前記複雑度値を用いて量子化率値を決定する可変ビッ
    ト率制御部とを含むことを特徴とする符号化装置。
  2. 【請求項２】 前記可変ビット率制御部は、 ビデオ記録時間の変化に応答して全体ビット予算を割り
    当て、前記以前の映像データ及び前記現在の映像データ
    を構成する画素間の差に基づき前記フレームの複雑度を
    抽出する複雑度計算部と、 前記複雑度値に応答して各フレームに貯蔵される目標ビ
    ット率を決定する目標ビット率決定部と、 前記複雑度値に応答して前記現在の映像データの場面切
    り換えを検出する場面切り換え検出部と、 前記映像データを構成する各々のフレームを相似た複雑
    度をもったフレーム同士にまとめるＧＯＰ分析部と、 このＧＯＰ分析部の分析結果に応答して前記量子化率の
    計算に用いられる率歪曲関数を更新する率歪曲関数更新
    部と、 前記複雑度値、前記ビット予算、前記目標ビット率、及
    び前記率歪曲関数更新部において更新された率歪曲関数
    のパラメータに応答して量子化率を決定する量子化率決
    定部とを含むことを特徴とする請求項１に記載の符号化
    装置。
  3. 【請求項３】 前記符号化部は前記以前の映像データ及
    び前記現在の映像データを受け入れるデータ入力部と、 前記現在の映像データに対して離散コサイン変換を行う
    離散コサイン変換部と、 前記量子化率を用い、前記離散コサイン変換結果を量子
    化する量子化部と、 前記量子化された結果に対して可変長符号化を行う可変
    長符号化部とを含むことを特徴とする請求項２に記載の
    符号化装置。
  4. 【請求項４】 前記目標ビット率決定部は、初期ビット
    予算でｍ×ｎ時間（ここで、ｍ及びｎは整数）に当たる
    ビット予算を設定し、符号化が始まってからｎ時間経つ
    ごとにｎ時間に当たるビット予算を前記全体ビット予算
    として割り当てることを特徴とする請求項２に記載の符
    号化装置。
  5. 【請求項５】 前記目標ビット率決定部は、Ｒがフレー
    ムに割り当てられるビット量、Ｒｒが使用可能なビット
    量、Ｎｒが符号化されるフレーム数を各々表わすとした
    時、各々のフレームに対し、 Ｒ＝(Rr/Nr)×ｍ＋（以前のフレームで生じたビット
    量）×ｎ、（ここで、ｍ＋ｎ＝１である。） のビットを割り当てることを特徴とする請求項２に記載
    の符号化装置。
  6. 【請求項６】 前記複雑度値は絶対値の平均値又はモー
    ションベクトルパラメータとして表わされ、 前記複雑度値を表わすためのモーションベクトルパラメ
    ータとしてフレーム間移動量の絶対平均値及びモーショ
    ンベクトル間絶対差の平均値が用いられることを特徴と
    する請求項１に記載の符号化装置。
  7. 【請求項７】 前記フレーム間移動量の絶対平均値は、 Ｎがマクロブロックの数、ＭＶxiがモーションベクトル
    の水平成分、ＭＶyiがモーションベクトルの垂直成分を
    各々表わすとした時、 【数１】 の値を有することを特徴とする請求項６に記載の符号化
    装置。
  8. 【請求項８】 前記モーションベクトル間絶対差の平均
    値はＨが水平マクロブロックの数、Ｖが垂直マクロブロ
    ックの数、ＭＶxj,iが現在のマクロブロックに対するＭ
    Ｖのｘ成分、ＭＶyj,iが現在のマクロブロックに対する
    ＭＶのｙ成分、ＭＶxj,i+1が水平方向の次のマクロブロ
    ックに対するＭＶのｘ成分、ＭＶyj,i+1が水平方向の次
    のマクロブロックに対するＭＶのｙ成分、ＭＶxj+1,iが
    垂直方向の次のマクロブロックに対するＭＶのｘ成分、
    ＭＶyj+1,iが垂直方向の次のマクロブロックに対するＭ
    Ｖのｙ成分を各々表わすとした時、 【数２】 の値を有することを特徴とする請求項６に記載の符号化
    装置。
  9. 【請求項９】 前記場面切り換え検出部は、現在の複雑
    度値が複雑度の平均値又は以前の複雑度値よりも所定の
    倍数だけ大きい場合に、場面切り換えが起こったと認識
    することを特徴とする請求項２に記載の符号化装置。
  10. 【請求項１０】 前記場面切り換え検出部は、場面切り
    換えの検出に際し、該当フレームのピクチャタイプをＰ
    タイプからＩタイプに切り換えてイントラ符号化を行う
    ことを特徴とする請求項２に記載の符号化装置。
  11. 【請求項１１】 前記ＧＯＰ分析部は、前記量子化率に
    応答して該当フレームを相似た複雑度をもったフレーム
    同士にまとめてＧＯＰ群を形成し、このＧＯＰ群の形成
    結果を前記率歪曲関数更新部に出力することを特徴とす
    る請求項２に記載の符号化装置。
  12. 【請求項１２】 前記率歪曲関数更新部は、前記ＧＯＰ
    分析部から入力される前記ＧＯＰ群の形成結果、前記量
    子化率決定部において決定された量子化率、及び前記可
    変長符号化部において行われた可変長符号化結果に応答
    して前記率歪曲関数の更新に用いられるＸ１、Ｘ２パラ
    メータを更新することを特徴とする請求項１１に記載の
    符号化装置。
  13. 【請求項１３】 前記量子化率決定部は、前記複雑度計
    算部において計算された前記複雑度値、前記目標ビット
    率決定部において決定された前記目標ビット率、及び前
    記率歪曲関数更新部において更新された前記Ｘ１、Ｘ２
    パラメータに応答して前記量子化率を決定することを特
    徴とする請求項１２に記載の符号化装置。
  14. 【請求項１４】 前記量子化率決定部は、前記量子化率
    の上限及び下限を設定し、前記範囲内で前記量子化率を
    可変させることを特徴とする請求項２に記載の符号化装
    置。
  15. 【請求項１５】 前記量子化率決定部は、Ｌが限界パラ
    メータ、Ｄが偏差パラメータ、ｒが目標ビット量に対す
    る現在のビット発生量の外れ度を表わすパラメータ、Ｑ
    (t)が現在の量子化率、Ｑ（ｔ−１）が以前の量子化率
    を各々表わすとした時、 Ｑ(t)＝(１±Ｋ)×Ｑ(t-1), where Ｋ＝Ｌ×Ｄ Ｄ＝r/(１＋Ｌ), where １≦r＜１＋Ｌ Ｄ＝(１−Ｌ)/r, where １−Ｌ＜ｒ＜１ Ｄ＝1, otherwise の値を有する量子化率を生じることを特徴とする請求項
    ２に記載の符号化装置。
  16. 【請求項１６】 前記符号化部は、該当フレームに突然
    動きが増したり、あるいは活動度が増したりして多量の
    ビットが生じる場合、画質の劣化を防止するためにフレ
    ーム率を下げるフレーム率調節部をさらに含むことを特
    徴とする請求項１に記載の符号化装置。
  17. 【請求項１７】 符号化される現在の映像データに対し
    て所定の映像変換を行い、行われた前記映像変換結果を
    量子化して可変ビット率で符号化する符号化部と、 ビデオ記録時間の変化に応答して全体ビット予算を割り
    当て、前記以前の映像データ及び前記現在の映像データ
    を構成する画素間の差に基づき前記フレームの複雑度を
    抽出する複雑度計算部と、 前記複雑度値に応答して各フレームに貯蔵される目標ビ
    ット率を決定する目標ビット率決定部と、 前記複雑度値に応答して前記現在の映像データの場面切
    り換えを検出する場面切り換え検出部と、 前記映像データを構成する各々のフレームを相似た複雑
    度をもったフレーム同士にまとめるＧＯＰ分析部と、 前記ＧＯＰ分析部の分析結果に応答して前記量子化率の
    計算に用いられる率歪曲関数を更新する率歪曲関数更新
    部と、 前記複雑度値、前記ビット予算、前記目標ビット率、及
    び前記率歪曲関数更新部において更新された率歪曲関数
    のパラメータに応答して量子化率を決定する量子化率決
    定部とを含むことを特徴とする符号化装置。
  18. 【請求項１８】 前記符号化部は、 前記以前の映像データ及び前記現在の映像データを受け
    入れるデータ入力部と、 前記現在の映像データに対して離散コサイン変換を行う
    離散コサイン変換部と、 前記量子化率を用い、前記離散コサイン変換結果を量子
    化する量子化部と、 前記量子化された結果に対して可変長符号化を行う可変
    長符号化部とを含むことを特徴とする請求項１７に記載
    の符号化装置。
  19. 【請求項１９】 前記目標ビット率決定部は、初期ビッ
    ト予算としてｍ×ｎ時間（ここで、ｍ及びｎは整数）に
    当たるビット予算を設定し、符号化が始まってからｎ時
    間経つごとにｎ時間に当たるビット予算を前記全体ビッ
    ト予算として割り当てることを特徴とする請求項１７に
    記載の符号化装置。
  20. 【請求項２０】 前記目標ビット率決定部は、Ｒがフレ
    ームに割り当てられるビット量、Ｒｒが使用可能なビッ
    ト量、Ｎｒが符号化されるフレームの数を各々表わすと
    した時、各々のフレームに対し、 Ｒ＝(Rr/Nr)×ｍ＋（以前のフレームで生じたビット
    量）×ｎ，（ここで、ｍ＋ｎ＝１である。） のビットを割り当てることを特徴とする請求項１７に記
    載の符号化装置。
  21. 【請求項２１】 前記複雑度値は、絶対差の平均値又は
    モーションベクトルパラメータとして表わされ、 前記複雑度値を表わすためのモーションベクトルパラメ
    ータとしてフレーム間移動量の絶対平均値及びモーショ
    ンベクトル間絶対差の平均値が用いられることを特徴と
    する請求項１７に記載の符号化装置。
  22. 【請求項２２】 前記フレーム間移動量の絶対平均値
    は、 Ｎがマクロブロックの数、ＭＶxiがモーションベクトル
    の水平成分、ＭＶyiがモーションベクトルの垂直成分を
    各々表わすとした時、 【数３】 の値を有することを特徴とする請求項２１に記載の符号
    化装置。
  23. 【請求項２３】 前記モーションベクトル間絶対差の平
    均値は、 Ｈが水平マクロブロックの数、Ｖが垂直マクロブロック
    の数、ＭＶxj,iが現在のマクロブロックに対するＭＶの
    ｘ成分、ＭＶyj,iが現在のマクロブロックに対するＭＶ
    のｙ成分、ＭＶxj,i+1が水平方向の次のマクロブロック
    に対するＭＶのｘ成分、ＭＶyj,i+1が水平方向の次のマ
    クロブロックに対するＭＶのｙ成分、ＭＶxj+1,iが垂直
    方向の次のマクロブロックに対するＭＶのｘ成分、ＭＶ
    yj+1,iが垂直方向の次のマクロブロックに対するＭＶの
    ｙ成分を各々表わすとした時、 【数４】 の値を有することを特徴とする請求項２１に記載の符号
    化装置。
  24. 【請求項２４】 前記場面切り換え検出部は、現在の複
    雑度値が複雑度の平均値又は以前の複雑度値よりも所定
    の倍数だけ大きい場合に場面切り換えが起こったと認識
    することを特徴とする請求項１７に記載の符号化装置。
  25. 【請求項２５】 前記場面切り換え検出部は、場面切り
    換えの検出に際し、該当フレームのピクチャタイプをＰ
    タイプからＩタイプに切り換えてイントラ符号化を行う
    ことを特徴とする請求項１７に記載の符号化装置。
  26. 【請求項２６】 前記ＧＯＰ分析部は、前記量子化率に
    応答して該当フレームを相似た複雑度をもったフレーム
    同士にまとめてＧＯＰ群を形成し、このＧＯＰ群の形成
    結果を前記率歪曲関数更新部に出力することを特徴とす
    る請求項１７に記載の符号化装置。
  27. 【請求項２７】 前記率歪曲関数更新部は、前記ＧＯＰ
    分析部から入力される前記ＧＯＰ群の形成結果、前記量
    子化率決定部において決定された量子化率、及び前記可
    変長符号化部において行われた可変長符号化結果に応答
    して前記率歪曲関数更新に用いられるＸ１、Ｘ２パラメ
    ータを更新することを特徴とする請求項２６に記載の符
    号化装置。
  28. 【請求項２８】 前記量子化率決定部は、前記複雑度計
    算部において計算された前記複雑度値、前記目標ビット
    率決定部において決定された前記目標ビット率、及び前
    記率歪曲関数更新部において更新された前記Ｘ１、Ｘ２
    パラメータに応答して前記量子化率を決定することを特
    徴とする請求項２７に記載の符号化装置。
  29. 【請求項２９】 前記量子化率決定部は、前記量子化率
    の上限及び下限を設定し、前記範囲内で前記量子化率を
    可変させることを特徴とする請求項１７に記載の符号化
    装置。
  30. 【請求項３０】 前記量子化率決定部は、Ｌが限界パラ
    メータ、Ｄが偏差パラメータ、ｒが目標ビット量に対す
    る現在のビット発生量の外れ度を表わすパラメータ、Ｑ
    (t)が現在の量子化率、Ｑ(t-1) が以前の量子化率を各
    々表わすとした時、 Ｑ(t)＝(１±Ｋ)×Ｑ(t-1), where Ｋ＝Ｌ×Ｄ Ｄ＝r/(１＋Ｌ), where １≦r＜１＋Ｌ Ｄ＝(１−Ｌ)/r, where １−Ｌ＜ｒ＜１ Ｄ＝1, otherwise の値を有する量子化率を生じることを特徴とする請求項
    １７に記載の符号化装置。
  31. 【請求項３１】 前記符号化装置は、 該当フレームに突然動きが増したり、あるいは活動度が
    増したりして多量のビットが生じる場合、画質の劣化を
    防止するためにフレーム率を下げるフレーム率調節部を
    さらに含むことを特徴とする請求項１７に記載の符号化
    装置。
  32. 【請求項３２】 （ａ）初期量子化率値を用いてビデオ
    客体の符号化を行う段階と、 （ｂ）前記量子化率値に応答して該当フレームを相似た
    複雑度をもったフレーム同士にまとめてＧＯＰ群を形成
    する段階と、 （ｃ）前記ＧＯＰ群の形成結果に応答して率歪曲関数の
    パラメータを更新する段階と、 （ｄ）場面切り換えが検出されたか否かを判断する段階
    と、 （ｅ）前記（ｄ）段階における判断の結果、場面切り換
    えが検出されたならば、ピクチャタイプをＰタイプから
    Ｉタイプに変更し、前記（ｂ）段階へ戻る段階と、 （ｆ）前記（ｄ）段階における判断の結果、場面切り換
    えが検出されなかったならば、全体ビット予算を割り当
    て、該当フレームに対する目標ビット率を決定する段階
    と、 （ｇ）該当フレームの複雑度値及び前記目標ビット率に
    基づき新しい量子化率及び量子化率の変化率を計算する
    段階と、 （ｈ）前記（ｇ）段階において計算された前記量子化率
    を用い、前記ビデオ客体の符号化を行う段階とを含むこ
    とを特徴とする符号化方法。
  33. 【請求項３３】 前記（ｄ）段階は、現在の複雑度値が
    複雑度の平均値又は以前の複雑度値よりも所定の倍数だ
    け大きくなれば、場面切り換えが起こったと認識するこ
    とを特徴とする請求項３２に記載の符号化方法。
  34. 【請求項３４】 前記（ｄ）段階は、場面切り換えの検
    出に際し、該当フレームのピクチャタイプをＰタイプか
    らＩタイプに切り換えてイントラ符号化を行うことを特
    徴とする請求項３２に記載の符号化方法。
  35. 【請求項３５】 前記（ｇ）段階は、前記量子化率の上
    限及び下限を設定し、前記範囲内で前記量子化率を可変
    させることを特徴とする請求項３２に記載の符号化方
    法。
  36. 【請求項３６】 前記（ｇ）段階は、Ｌが限界パラメー
    タ、Ｄが偏差パラメータ、ｒが目標ビット量に対する現
    在のビット発生量の外れ度を表わすパラメータ、Ｑ(t)
    が現在の量子化率、Ｑ(t-1)が以前の量子化率を各々表
    わすとした時、 Ｑ(t)＝(１±Ｋ)×Ｑ(t-1), where Ｋ＝Ｌ×Ｄ Ｄ＝r/(１＋Ｌ), where １≦r＜１＋Ｌ Ｄ＝(１−Ｌ)/r, where １−Ｌ＜ｒ＜１ Ｄ＝1, otherwise の値を有する量子化率を生じることを特徴とする請求項
    ３５に記載の符号化方法。
  37. 【請求項３７】 前記（ｆ）段階は、初期ビット予算で
    ｍ×ｎ時間（ここで、ｍ及びｎは整数）に当たるビット
    予算を設定し、符号化が始まってからｎ時間経つごとに
    ｎ時間に当たるビット予算を前記全体ビット予算として
    割り当てることを特徴とする請求項３２に記載の符号化
    方法。
  38. 【請求項３８】 前記（ｆ）段階は、Ｒがフレームに割
    り当てられるビット量、Ｒｒが使用可能なビット量、Ｎ
    ｒが符号化されるフレームの数を各々表わすとした時、
    各々のフレームに対し、 Ｒ＝(Rr/Nr)×ｍ＋（以前のフレームで生じたビット
    量）×ｎ，（ここで、ｍ＋ｎ＝１である。） のビットを割り当てることを特徴とする請求項３２に記
    載の符号化方法。
  39. 【請求項３９】 前記複雑度値は、絶対差の平均値又は
    モーションベクトルパラメータとして表わされ、 前記複雑度値を表わすためのモーションベクトルパラメ
    ータとしてフレーム間移動量の絶対平均値及びモーショ
    ンベクトル間絶対差の平均値が用いられることを特徴と
    する請求項３２に記載の符号化方法。
  40. 【請求項４０】 前記フレーム間移動量の絶対平均値
    は、 Ｎがマクロブロックの数、ＭＶxiがモーションベクトル
    の水平成分、ＭＶyiがモーションベクトルの垂直成分を
    各々表わすとした時、 【数５】 の値を有することを特徴とする請求項３９に記載の符号
    化方法。
  41. 【請求項４１】 前記モーションベクトル間絶対差の平
    均値は、 Ｈが水平マクロブロックの数、Ｖが垂直マクロブロック
    の数、ＭＶxj,iが現在のマクロブロックに対するＭＶの
    ｘ成分、ＭＶyj,iが現在のマクロブロックに対するＭＶ
    のｙ成分、ＭＶxj,i+1が水平方向の次のマクロブロック
    に対するＭＶのｘ成分、ＭＶyj,i+1が水平方向の次のマ
    クロブロックに対するＭＶのｙ成分、ＭＶxj+1,iが垂直
    方向の次のマクロブロックに対するＭＶのｘ成分、ＭＶ
    yj+1,iが垂直方向の次のマクロブロックに対するＭＶの
    ｙ成分を各々表わすとした時、 【数６】 の値を有することを特徴とする請求項３９に記載の符号
    化方法。
  42. 【請求項４２】 前記符号化方法は、 該当フレームに突然動きが増したり、あるいは活動度が
    増したりして多量のビットが生じる場合、画質の劣化を
    防ぐためにフレーム率を下げるフレーム率調節段階をさ
    らに含むことを特徴とする請求項３２に記載の符号化方
    法。
  43. 【請求項４３】 請求項３２ないし４２のうちいずれか
    一項に記載の方法をコンピュータにて実行させるための
    プログラムを記録したコンピュータにて読取り可能な記
    録媒体。
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