JP2003348590A - 符号量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 映像の特性に変化が生じた際に、発生する符
号量が大きく目標量を超過したり、フィードバック制御
により符号量を目標値に近づけるために処理の後半で符
号量が不足し量子化ステップが大きく変動するという課
題があった。 【解決手段】 映像の特性に変化が生じた際に、映像グ
ループの目標量を制限するグループ制限手段１０２を設
けることで、発生符号量が大きく超過することを防止
し、さらに制限量に応じて量子化ステップの初期値を再
設定する初期値設定手段１０３を設けることで、ピクチ
ャ内の量子化ステップの変化も抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、映像信号を所定デ
ータレートに符号化する際に用いる符号量制御装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】映像信号を符号化して記録あるいは伝送
する際には、符号化データの発生符号量を所定データレ
ートに保つことが望まれる。その手法の一つであるＭＰ
ＥＧ−２規格の符号化方式は、映像信号を複数ピクチャ
を含む映像グループにグループ分けし、映像グループ内
のピクチャを符号化の順序に並び替え、ピクチャを構成
する処理ブロック単位に動き補償予測、直行変換、量子
化及び可変長符号化を行って符号化データを出力するも
のである。発生符号量の制御については、仮想的なバッ
ファを定義し、この仮想バッファ占有量に応じて量子化
の行程で直行変換を除算する際の係数である量子化スケ
ールコードを制御することで、符号化の後に発生する符
号量が目標量に近付くように制御するものである。この
目標量には、映像グループに対して割り当てられるグル
ープ目標量と、そのグループ目標量を各ピクチャに分配
したピクチャ目標量がある。グループ目標量は、前回の
映像グループに対して割り当てられた目標量と発生符号
量との誤差を反映させることで所定のデータレートを保
つ役割を持っており、ピクチャ目標量は、映像グループ
内をイントラ符号化ピクチャ、動き補償予測を用いるピ
クチャといった性質の異なるピクチャタイプに分類して
符号化した場合に、映像の特性による各ピクチャへの符
号量の配分を最適に制御し画質を向上させる役割を持っ
ている。このように発生符号量を監視しグループ目標量
およびピクチャ目標量を設定し、発生符号量をこれらの
目標量に制御する装置が符号量制御装置である。

【０００３】図２に従来例の符号量制御装置のブロック
図を示す。図２において、２０１は映像信号入力端子、
２０２は符号化手段、２０３は符号化データの出力端
子、２０４は符号量計測手段、２０５はデータレート入
力端子、２０６はグループ設定手段、２０７は残符号量
算出手段、２０８はピクチャ設定手段、２０９は量子化
係数設定手段である。

【０００４】以上のように構成された従来の符号量制御
装置について、以下その動作を説明する。

【０００５】映像信号入力端子２０１より入力された映
像信号は、符号化手段２０２において所定ブロック単位
に直行変換、量子化および可変長符号化することで符号
化データに変換され、符号化データの出力端子２０３か
ら出力される。また、符号化データは符号量計測手段２
０４にも入力され、その発生符号量が計測される。

【０００６】グループ設定手段２０６は、データレート
入力端子２０５から入力されるデータレート情報と直前
に符号化を行った映像グループのグループ目標量と発生
符号量の誤差から次に符号化を行う映像グループに対す
るグループ目標量を設定する。ここで、データレートを
Ｂｒ、映像信号の１秒間に含まれるピクチャ数をＰｒ、
次に符号量制御を行う映像グループに含まれるピクチャ
数をＮ、直前の映像グループのグループ目標量をＲｎ
０、発生符号量をＳ０とした時、次に符号量制御を行う
映像グループに割り当てるグループ目標量Ｒｎは式１の
ようにして計算される。 （式１） Ｒｎ＝Ｂｒ・Ｎ／Ｐｒ＋（Ｒｎ０−Ｓ０） 直前の映像グループでグループ目標量に対して発生符号
量が多くなった場合には（Ｒｎ０−Ｓ０）が負となりＲ
ｎは基準符号量Ｂｒ・Ｎ／Ｐｒより小さい値となり、発
生符号量が少なかった場合は（Ｒｎ０−Ｓ０）が正の値
となりＲｎには基準符号量Ｂｒ・Ｎ／Ｐｒより大きい値
が設定される。こうして、映像グループ毎に基準符号量
Ｂｒ・Ｎ／Ｐｒとのずれを補正することで、発生符号量
をデータレートＢｒに一致させることができる。

【０００７】残符号量算出手段２０７は、映像グループ
内の各ピクチャの符号化処理が終了する毎に、式１で求
めたグループ目標量Ｒｎから各ピクチャの発生符号量Ｓ
を減算していくことで、映像グループ内の未符号化ピク
チャに対して割り当てる残符号量Ｒを式２のようにして
計算する。 （式２）映像グループの先頭ピクチャのとき、 Ｒ＝Ｒｎ 映像グループの先頭ピクチャ以外のとき、 Ｒ＝Ｒ−Ｓ ここで、映像グループ内の全ピクチャの符号化が終了し
た時点で残符号量Ｒは、次の映像グループにおいて式１
を適応する際の誤差成分（Ｒｎ０−Ｓ０）に相当し、式
１に（Ｒｎ０−Ｓ０）を用いる代わりに残符号量Ｒを使
用することも可能である。

【０００８】ピクチャ設定手段２０８は、残符号量Ｒか
ら次に符号化処理を行うピクチャに割り当てるピクチャ
目標量を算出する。以下、映像グループ内をイントラ符
号化を行うＩピクチャ、動き補償予測を用いるＰピクチ
ャおよびＩピクチャとＰピクチャを参照画面とし動き補
償予測を用いるＢピクチャという性質の異なる３種類の
ピクチャタイプに分類して符号化する場合について、ピ
クチャ設定手段２０８で行われるピクチャ目標量の算出
方法を説明する。

【０００９】まず、Ｉ、Ｐ、Ｂピクチャの平均量子化ス
ケールコードをＱｉ、Ｑｐ、Ｑｂとし、各ピクチャの発
生符号量をＳｉ、Ｓｐ、Ｓｂとし、平均量子化スケール
コードと発生符号量の積を各ピクチャの複雑さを示すパ
ラメータＸｉ、Ｘｐ、Ｘｂを式３によって求める。 （式３） Ｘｉ＝Ｓｉ・Ｑｉ Ｘｐ＝Ｓｐ・Ｑｐ Ｘｂ＝Ｓｂ・Ｑｂ この複雑さを示すパラメータタＸｉ、Ｘｐ、Ｘｂを用い
て、未処理ピクチャの枚数をこれから符号化するピクチ
ャのピクチャタイプに換算した枚数を計算し、その枚数
に応じて残符号量Ｒを分配することでピクチャ目標量の
算出を行う。まだ符号化されていないＰ、Ｂピクチャの
ピクチャ数をＮｐ、Ｎｂとし、Ｉピクチャに対するＰ、
Ｂピクチャの重み係数をＫｐ、Ｋｂ（例えば、Ｋｐ＝
１．０、Ｋｂ＝１．４）とした時、各ピクチャタイプの
ピクチャ目標量Ｔｉ、Ｔｐ、Ｔｂは以下のようにして計
算される。ここで、関数ｍａｘは２値の最大値を返す関
数である。 （式４） Ｔｉ＝ｍａｘ｛Ｒ／（１＋Ｎｐ・Ｘｐ／（Ｋｐ・Ｘｉ）
＋Ｎｂ・Ｘｂ／（Ｋｂ・Ｘｉ ）），Ｂｒ／（８・Ｐ
ｒ）｝ Ｔｐ＝ｍａｘ｛Ｒ／（Ｎｐ＋Ｎｂ・Ｋｐ・Ｘｂ／（Ｋｂ
・Ｘｐ ）），Ｂｒ／（８・Ｐｒ）｝ Ｔｂ＝ｍａｘ｛Ｒ／（Ｎｂ＋Ｎｐ・Ｋｂ・Ｘｐ／（Ｋｐ
・Ｘｂ ）），Ｂｒ／（８・Ｐｒ）｝ 動きの少ない映像については動き補償予測が的確になさ
れ、動き補償予測を用いるＰ、Ｂピクチャの発生符号量
Ｓｐ、Ｓｂが小さくなることで複雑さを示すパラメータ
もＸｉがＸｐ、Ｘｂに比べて大きなものとなる。結果と
して符号量をあまり必要としないＰ、Ｂピクチャの目標
量を少なくし、参照画像となるＩピクチャの目標量を多
くするように制御が働くことで、画質が向上される。ま
た、動きが多い映像ではＰ、Ｂピクチャの発生符号量Ｓ
ｐ、Ｓｂが大きくなり、複雑さを示すパラメータＸｐ、
Ｘｂも大きくなるため、Ｉピクチャの目標量が絞られ、
Ｐ、Ｂピクチャに割り振られるようになることで、動き
を表現するのに適した符号量の配分がなされる。

【００１０】ここで、映像グループの発生符号量の推移
を示す模式図３を用いて符号量の変化する過程を説明す
る。図３の横軸は処理ブロック数、縦軸は発生符号量を
示している。領域３０１、３０２、３０３はそれぞれ
Ｉ、Ｐ、Ｂピクチャの処理を、破線３０４はグループ目
標量を示している。まず、グループ目標量３０４からＩ
ピクチャのピクチャ目標量３０５を設定し、このピクチ
ャ目標量３０５をピクチャ内の各ブロックに均等に割り
当てたモデル線３０８を設定する。曲線３０９は符号化
の結果として実際に発生した符号量の推移を示したもの
であり、映像の特性に適応した符号量の配分がなされて
いる場合、発生符号量はモデル線３０８との誤差を補正
しながら常にモデル線３０８に沿って曲線３０９のよう
に推移し、最終的な発生符号量がピクチャ目標量に一致
するように制御することができる。それ以降のＰ、Ｂピ
クチャの処理においても、それぞれピクチャ目標量３０
６および３０７が割り振られ、発生符号量はモデル線３
０８に沿って推移するように制御し、最終的に映像グル
ープの発生符号量をグループ目標量３０４に一致させる
ことができる。

【００１１】次に、量子化係数設定手段２０９は、仮想
的なバッファを定義することで、符号化を行う対象ピク
チャのピクチャ目標量と発生符号量から仮想バッファ占
有量を算出し、その占有量に応じて各処理ブロックにお
ける量子化スケールコードを算出する。ここで、ピクチ
ャ目標量をＴ、ピクチャ内の処理ブロック数をＭＢ、既
に符号化された（ｊ−１）番目までの処理ブロックの発
生符号量をＢ［ｊ−１］、仮想バッファの初期値をｄ０
とした時、ｊ番目のバッファ占有量ｄｊおよび量子化ス
ケールコードＱｊは以下のように求められる。 （式５） ｄｊ＝ｄ０ ＋Ｂ［ｊ−１］−Ｔ・（ｊ−１）／ＭＢ Ｑｊ＝３１・ｄｊ／ｒ ｒは量子化スケールコードの応答速度を制御する係数で
あり、データレートをＢｒ、映像信号の１秒間に含まれ
るピクチャ数をＰｒとした時、式６により与えられる。 （式６） ｒ＝２・Ｂｒ／Ｐｒ ピクチャ内の全ての処理ブロックの符号化が終了した時
点で仮想バッファ占有量ｄｊを保持し、次のピクチャの
仮想バッファ占有量の初期値ｄ０として用いることでピ
クチャ間で連続した量子化スケールコードの制御を行う
ことができる。このように、目標量と発生符号量との差
分値をフィードバックさせることで、ピクチャ目標量と
発生符号量を一致させる制御を行うことができる。ここ
では、簡単のため仮想バッファが１種類の場合について
説明したが、ピクチャタイプ毎に仮想バッファを設定す
ることで量子化スケールコードを個別に制御するのが一
般的である。

【００１２】以上のようにして、映像信号を符号化した
際の発生符号量を所定データレートに制御することがで
きる。

【００１３】

【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、映像の特性が変化した場合に、過去の
符号化の結果から求めた複雑さを示すパラメータと処理
対象となるピクチャの複雑さとの相関が小さくなり、グ
ループ目標量を各ピクチャに適切に配分することができ
なくなってしまう。ピクチャ目標量に適切な値が設定さ
れなくなると発生符号量とピクチャ目標量およびグルー
プ目標量に大幅な誤差が生じてしまい、各映像グループ
毎の符号量に大きなばらつきを生じたり、発生符号量が
大量に発生することで以降の複数の映像グループの符号
化に影響を及ぼす可能性があった。

【００１４】図４に映像の特性が変化した場合の映像グ
ループの発生符号量の推移を示す模式図を示す。図４の
横軸は処理ブロック数、縦軸は発生符号量を示してい
る。領域４０１、４０２、４０３はそれぞれＩ、Ｐ、Ｂ
ピクチャの処理を、破線４０４はグループ目標量を示し
ている。まず、グループ目標量４０４からＩピクチャの
ピクチャ目標量４０５を設定し、このピクチャ目標量４
０５をピクチャ内の各ブロックに均等に割り当てたモデ
ル線４０６を設定する。映像の特性が変化した場合はピ
クチャ毎に適した符号量の配分がなされないため、発生
符号量とモデル線４０６の誤差が大きなものとなり、そ
の誤差を補正することができず、発生符号量線４０７に
示すようにピクチャ目標量４０５を大きく超過してしま
う場合が発生する。この時、残りのピクチャに使用可能
な残符号量は圧迫され４０９に示す符号量となり、次に
処理を行うＰピクチャに割り当てるピクチャ目標量４１
０も十分な符号量を確保することができない。そこで、
発生符号量はピクチャ目標量４１０を超過する可能性が
高く、さらに、Ｂピクチャについても同様の現象が発生
する。このようにして、結果として発生符号量４０７の
到達点はグループ目標量４０４を大きく超過してしまう
ことになる。

【００１５】ある映像グループで余分に使用した符号量
は、以降の映像グループの目標量から減算されて発生符
号量が抑制されることで、各映像グループ毎の符号量に
大きなばらつきが生じてしまうこととなる。このばらつ
きを吸収するためには、ばらつきを吸収するためのバッ
ファが必要となるだけでなく、映像グループ毎に所定の
領域を設けて記録しようとした際には、超過量が多けれ
ば記録できずに捨てられてしまう量も多くなってしまう
という問題があった。また逆に、グループ目標量に対し
て無理に発生符号量を押し込める符号化を行った場合、
符号化の処理順序の遅いピクチャに量子化スケールコー
ドが急激に変化する部分が発生してしまい、ピクチャ間
あるいはピクチャ内に画質差を生じてしまう可能性があ
った。

【００１６】この解決方法の一つとして、上記の従来の
構成による処理を２回以上実施することで、最終の符号
化処理に至るまでの事前符号化処理の結果に基づき符号
量の見積もりを行い、精度の高い符号量制御を行うとい
った手法も検討されている。しかしながら、映像信号の
画素数が増加した場合などには飛躍的に回路の負荷が高
くなるとともに、処理時間も掛かるといった問題があっ
た。

【００１７】また、映像が動きの少ない映像が続くと、
Ｉピクチャに多くの符号が割り振られる状態となる。こ
のような状態から映像の特性が変化した場合、上記の従
来の構成では、Ｉピクチャに多くの符号が割り振られて
しまい、発生符号量がグループ目標量を超過する一つの
要因となっていた。

【００１８】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、簡単な構成で映像の特性が変化した際の影響を処理
映像グループ内に抑圧して、発生符号量がグループ目標
量から大きくずれないようにするとともに、ピクチャ間
およびピクチャ内の画質の極端な偏りを防止することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本願第１の発明の符号量制御装置は、映像の特性が変
化した場合に処理対象となった映像グループのグループ
目標量を制限することで、発生符号量がグループ目標量
を大きく超過することを防止し、さらに映像の性質に変
化がない場合はグループ目標量の制限をオフして規定符
号量を有効に利用するものである。

【００２０】本願第２の発明の符号量制御装置は、グル
ープ目標量を制限することで設けたマージンを各ピクチ
ャの符号化が進行するステップに応じて補正値として利
用することで、画質の極端な劣化を防止するものであ
る。

【００２１】本願第３の発明の符号量制御装置は、映像
の特性が変化した際に、ピクチャに割当てるピクチャ目
標量の最大値を規定することで、特定ピクチャへの符号
量割り当ての偏りを制限し、画質の不均一と発生符号量
の超過を抑制するものである。

【００２２】本願第４の発明の符号量制御装置は、映像
の特性が変化した場合に目標量を制限し、その制限値に
応じて量子化パラメータを発生する際の初期値を再設定
することで、ピクチャ内で急激な量子化パラメータの変
化が発生することを抑制するものである。

【００２３】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１に記載の発明
は、各ピクチャを符号化した際に発生する符号量を予め
設定した目標量に制御することで、映像信号全体の発生
符号量を所定データレートに制御する符号量制御装置で
あって、符号化データの発生符号量を計測する符号量計
測手段と、前記所定データレートと前記符号量計測手段
の計測値から次に符号化処理を行う複数ピクチャで構成
された映像グループに対して第１の目標量を設定するグ
ループ設定手段と、前記映像グループに付随するシーン
情報に基づいて前記第１の目標量に制限を加え第２の目
標量を出力するグループ制限手段とを備えた符号量制御
装置である。

【００２４】また、上記発明に加えて、前記グループ制
限手段が、シーン情報の状態にかかわらず、第１の目標
量に対して一定以上の制限を加える符号量制御装置であ
る。

【００２５】本発明の請求項３に記載の発明は、各ピク
チャを符号化した際に発生する符号量を予め設定した目
標量に制御することで、映像信号全体の発生符号量を所
定データレートに制御する符号量制御装置であって、符
号化データの発生符号量を計測する符号量計測手段と、
次に符号化処理を行う複数ピクチャで構成された映像グ
ループに設定された第１の目標量と前記発生符号量から
第１の残符号量を算出する第１の残符号量算出手段と、
前記映像グループに設定された前記第１の目標量より小
さい第２の目標量と前記発生符号量から第２の残符号量
を算出する第２の残符号量算出手段と、前記第２の残符
号量を次に符号化処理を行う対象ピクチャに配分して第
３の目標量を設定するピクチャ設定手段と、前記第２の
残符号量を前記第１の残符号量の範囲で補正する補正手
段とを備えた符号量制御装置である。

【００２６】また、上記発明に加えて、前記補正手段
が、符号化処理を行ったピクチャの発生符号量が前記第
３の目標量に対して所定の閾値を超えた場合に、その差
分値に応じて補正値を算出し、第２の残符号量を再設定
する符号量制御装置である。

【００２７】また、前記補正手段が、前記第１の残符号
量を前記第１の目標量で除算し、かつ前記第２の目標量
を乗算した値を第２の残符号量を再設定する符号量制御
装置である。

【００２８】本発明の請求項６に記載の発明は、各ピク
チャを符号化した際に発生する符号量を予め設定した目
標量に制御することで、映像信号全体の発生符号量を所
定データレートに制御する符号量制御装置であって、符
号化データの発生符号量を計測する符号量計測手段と、
複数ピクチャを含む映像グループに設定された第１の目
標量を各ピクチャに配分して第３の目標量を設定するピ
クチャ設定手段と、前記映像グループに付随するシーン
情報に基づいて前記第３の目標量に制限を加えて第４の
目標量を生成するピクチャ制限手段とを備えた符号量制
御装置である。

【００２９】また、上記発明に加えて、前記ピクチャ制
限手段が、映像グループ内で最初に符号化されるピクチ
ャのみに制限を加える符号量制御装置である。

【００３０】さらに、上記発明に加えて、各ピクチャを
符号化した際に発生する符号量を予め設定した目標量に
制御することで、映像信号全体の発生符号量を所定デー
タレートに制御する符号量制御装置であって、複数ピク
チャを含む映像グループに対して割り当てる目標量の最
大値を前記所定データレートに前記映像グループ内に含
まれるピクチャ数を乗算しさらに１秒間に含まれるピク
チャ数で除算することにより算出される基準符号量とす
る符号量制御装置である。

【００３１】本発明の請求項９に記載の発明は、符号化
データの発生符号量を管理して量子化の量子化スケール
コードを変化させることで発生符号量の制御を行う符号
量制御装置であって、設定された第５の目標量に制限を
加え第６の目標量を出力する制限手段と、第６の目標量
と発生符号量の差分情報をフィードバックすることで量
子化の際に用いる量子化スケールコードを設定する量子
化係数設定手段であって、量子化スケールコードの初期
値を制御することが可能である量子化係数設定手段と、
前記第５の目標量を前記第６の目標量に制限した割合に
応じて処理済ピクチャの平均量子化スケールコードに重
み付けした値が前記初期値となるように制御する初期値
設定手段とを備えた符号量制御装置である。

【００３２】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。

【００３３】（実施の形態１）図１に本発明の実施の形
態１における符号量制御装置のブロック図を示す。図１
において、２０１は映像信号入力端子、２０２は符号化
手段、２０３は符号化データの出力端子、２０４は符号
量計測手段、２０５はデータレート入力端子、２０６は
グループ設定手段、２０７は残符号量算出手段、２０８
はピクチャ設定手段、２０９は量子化係数設定手段、１
０１は映像情報入力端子、１０２はグループ制限手段、
１０３は初期値設定手段である。

【００３４】以上のように構成された符号量制御装置に
ついて、以下その動作を説明する。

【００３５】映像信号入力端子２０１より入力された映
像信号は、符号化手段２０２において所定ブロック単位
に直行変換、量子化および可変長符号化することで符号
化データに変換され、符号化データの出力端子２０３か
ら出力される。また、符号化データは符号量計測手段２
０４にも入力され、その発生符号量が計測される。

【００３６】グループ設定手段２０６は、データレート
入力端子２０５から入力されるデータレート情報と直前
に符号化を行った映像グループのグループ目標量と発生
符号量の誤差から次に符号化を行う映像グループに対す
るグループ目標量を設定する。ここまでの処理は従来例
の符号量制御装置と同様であり、符号量制御を行う映像
グループに割り当てるグループ目標量Ｒｎも従来例と同
様にして式１によって計算される。

【００３７】このグループ目標量Ｒｎはグループ制限手
段１０２に入力され、映像情報入力端子１０１より入力
される映像グループに付随するシーン情報に基づき制限
が加えられる。このシーン情報は、例えば入力される映
像信号の連続するピクチャ間の輝度の差分の絶対値の総
和を閾値と比較するなどの方法で検出することができ
る。輝度変化の量が多くなればピクチャ間の相関が小さ
くなり発生符号量の予測がさらに困難となるため、閾値
を複数設定することで制限係数ａ１（ａ１≦１）を生成
し、この制限係数ａ１をグループ目標量Ｒｎに乗算する
ことで映像の変化量に応じて段階的に制限を加えた制限
グループ目標量ａ１・Ｒｎを算出することができる。こ
こでは、入力される映像信号の連続するピクチャ間の輝
度の差分の絶対値の総和を閾値と比較してシーン情報を
生成する一例を述べたが、他の手法により映像グループ
の発生符号量の変化を予測しシーン情報として適応して
も問題はない。

【００３８】残符号量算出手段２０７は、この制限グル
ープ目標量ａ１・Ｒｎを初期値として、映像グループ内
の各ピクチャの符号化処理が終了する毎に、各ピクチャ
の発生符号量Ｓを減算していくことで、映像グループ内
の未符号化ピクチャに対して割り当てる残符号量Ｒを式
７のようにして計算する。 （式７）映像グループの先頭ピクチャのとき、 Ｒ＝ａ１・Ｒｎ 映像グループの先頭ピクチャ以外のとき、 Ｒ＝Ｒ−Ｓ この式７は従来例の式２と映像グループの先頭ピクチャ
に設定される初期値が異なるだけで、それ以降の処理は
同様である。ただし、従来例の場合と異なり、映像グル
ープ内の全ピクチャの符号化が終了した時点で残符号量
Ｒは、次の映像グループにおいて式１を適用する際の誤
差成分（Ｒｎ０−Ｓ０）とは異なるものとなるので、こ
の残符号量Ｒはこの映像グループ内でのみ有効な数値と
なる。

【００３９】ピクチャ設定手段２０８の処理は従来例と
同様であり、ここでの説明は省略する。

【００４０】図５にグループ目標量に制限を設けた場合
の発生符号量の推移の模式図を示す。図５の横軸は処理
ブロック数、縦軸は発生符号量を示している。領域５０
１、５０２、５０３はそれぞれＩ、Ｐ、Ｂピクチャの処
理を、破線５０４はグループ目標量、破線５１０は制限
グループ目標量を示している。図４の場合と同様に、映
像の特性に適応した符号量の配分がなされていないた
め、各ピクチャの目標量に対するモデル線に追従する制
御を行うことができず、最終的に発生符号量線５０７は
制限グループ目標量５１０を超過してしまう。しかしな
がら、制限グループ目標量５１０はグループ目標量５０
４を制限したものであるため、この制限を適切に行うこ
とで、最初に設定したグループ目標量５０４を大きく超
過しないように符号量を制御することは可能である。

【００４１】このように、単に映像グループ内に映像の
特性の変化があるというシーン情報を基にグループ目標
量に制限を加えるという簡単な構成により、発生符号量
を抑制することで、後に続く映像グループの符号量の圧
迫を低減することができる。また、映像の性質に変化が
ない場合には、制限係数ａ１＝１として式７に適用する
ことで制限を加えず、グループ目標量Ｒｎを有効に利用
することができる。

【００４２】次に、量子化係数設定手段２０９の処理内
容は従来例と同様であるが、仮想バッファ占有量の初期
値を初期値設定手段１０３で再設定する点が異なる。初
期値設定手段１０３は、式５を用いてピクチャ内の全て
の処理ブロックの符号化が終了した時点の仮想バッファ
占有量ｄｊを制限係数ａ１で除算した値ｄｊ／ａ１を算
出し、次のピクチャの仮想バッファ占有量の初期値ｄ０
として量子化係数設定手段２０９に設定する。処理の途
中で急激な映像の変化が生じた際の量子化スケールコー
ドの変化の様子を図６を用いて説明する。図６の横軸は
処理ブロック数、縦軸は量子化スケールコードである。
破線６０１が変化点を示しており、変化前の適正な量子
化スケールコードを実線６０２、変化後の適正な量子化
スケールコードを実線６０３に示す。変化が発生するま
では、量子化スケールコードは実線６０２に沿って推移
し、発生する符号量も安定している。映像の変化が発生
すると、量子化スケールコードは式５で示したように、
徐々に大きくなり各ブロックに発生する符号量を抑制す
る。しかしながら、量子化スケールコードが適正な値６
０３に至るまでに、予定より多くの符号量が使用され、
それを補うために以降の処理で必要以上に量子化スケー
ルコードが大きくなってしまう現象が発生する。これに
対し、先に述べたように目標量を制限した割合に応じ
て、６０５に示すように量子化スケールコードをステッ
プ的に変化させることで、変化後の適正な量子化スケー
ルコード６０３に近接した値から量子化スケールコード
の制御を開始することができ、急激な変化を抑制するこ
とができる。結果として、ピクチャ内の量子化スケール
コードの急激な変化を抑制するとともに、グループ目標
量から大きくずれることがない。

【００４３】以上のように、本実施の形態によれば、符
号化処理を２回以上実施することで映像グループ内の符
号量を再配分するといった大規模な処理を行うことな
く、映像の特性が変化した場合に処理対象となった映像
グループのグループ目標量を制限するという簡単な構成
で、その影響を映像グループ内に抑圧して次の映像グル
ープへの伝播を防ぐとともに、映像の性質に変化がない
場合はグループ目標量の制限をオフして規定符号量を有
効に利用することができる。また、ピクチャの符号化に
先立って仮想バッファの初期値をグループ目標量の制限
量に応じて再設定することで、量子化スケールコードを
ピクチャ内での最適な平均量子化スケールコードに近い
値にステップ的に変化させ、ピクチャ内の量子化スケー
ルコードが急激に変化することを抑制し、極端なピクチ
ャ内の画質のばらつきを防止することができる。

【００４４】なお、ここでは映像グループ内の各ピクチ
ャへの符号量の配分は従来例のままの構成としたが、シ
ーン情報をより高性能なものとすることで、グループ制
限手段１０２で用いる制限係数ａ１の値をより”１”に
近づけることができ、より符号量を有効に使用できるこ
とは言うまでもない。

【００４５】また、映像の特性に変化がない場合でも目
標量と発生符号量は完全には一致せず、式１の（Ｒｎ０
−Ｓ０）が何らかの値を持つこととなる。そこで、（Ｒ
ｎ０−Ｓ０）の変化量を吸収するためのマージンを設け
るために、ａ１の最大値を規定（例えば、０．９）する
ことで、常に発生符号量を目標量以下となる制御を行う
こともできる。

【００４６】また、グループ設定手段２０６で、グルー
プ目標量を設定する際に、式１における直前の映像グル
ープのグループ目標量と発生符号量の誤差量（Ｒｎ０−
Ｓ０）のフィードバックをオフするスイッチを設けるこ
とで、グループ目標量は常に一定値とすることができ
る。以上に説明したように本発明を用いることで、発生
符号量はグループ目標量から大きくずれることがないた
め、映像グループ毎に所定の領域を設けて記録しようと
した際にも、超過して記録できずに捨てられてしまうと
いった可能性を軽減することができる。

【００４７】（実施の形態２）図７に本発明の実施の形
態２における符号量制御装置のブロック図を示す。図７
において、２０１は映像信号入力端子、２０２は符号化
手段、２０３は符号化データの出力端子、２０４は符号
量計測手段、２０５はデータレート入力端子、２０６は
グループ設定手段、２０７は第２の残符号量算出手段、
２０８はピクチャ設定手段、２０９は量子化係数設定手
段、１０１は映像情報入力端子、１０２はグループ制限
手段、７０１は第１の残符号量算出手段、７０２は補正
手段である。

【００４８】以上のように構成された符号量制御装置
は、残符号量算出手段が２種類設けられた点と、補正手
段７０２が設けられた点が実施の形態１と異なり、以下
この動作について説明する。

【００４９】第１の残符号量算出手段７０１は従来の式
１で示したようにして、制限を設ける前のグループ目標
量Ｒｎを初期値として第１の残符号量Ｒ１を算出する。
また、第２の残符号量算出手段２０７は実施の形態１の
式７で示したようにして、制限を設けた後のグループ目
標量ａ１・Ｒｎを初期値として第２の残符号量Ｒ２を算
出する。

【００５０】補正手段７０１は、処理対象のピクチャを
符号化した際に発生した発生符号量Ｓが各ピクチャ目標
量Ｔを超えた場合にその差分値に応じて、式８を用いて
補正値Ｆを算出する。 （式８） Ｓ＞Ｔかつ（Ｒ１−Ｒ２）＞（Ｓ−Ｔ）のとき、 Ｆ＝Ｓ−Ｔ Ｓ＞Ｔかつ（Ｒ１−Ｒ２）≦（Ｓ−Ｔ）のとき、 Ｆ＝Ｒ１−Ｒ２ Ｓ≦ＴまたはＲ１＝Ｒ２のとき、 Ｆ＝０ この処理の様子を、図８に示すピクチャ目標量の設定と
発生符号量の推移の模式図を用いて説明する。図８の横
軸は処理ブロック数、縦軸は発生符号量を示している。
領域８０１、８０２、８０３はそれぞれＩ、Ｐ、Ｂピク
チャの処理を、破線８０４はグループ目標量、破線８０
５は制限グループ目標量を示している。映像の特性に適
応した符号量の配分がなされていないため、Ｉピクチャ
に割り当てたピクチャ目標量８０６を基に設定したモデ
ル線８０７に対し、発生符号量とモデル線８０７の誤差
が大きくなり、その誤差を補正することができず、発生
符号量は発生符号量線８０８に示すようにピクチャ目標
量８０６を超過してしまう。ここで、この超過量８０９
を補正値８１０として、式８に示す処理を行うことで、
残符号量は８１１に示す符号量に再設定される。この残
符号量８１１を次に処理を行う領域８０２のピクチャに
対して分配し、以降映像グループの全ピクチャの処理が
終了するまで同様の処理を行う。

【００５１】こうして、グループ目標量を制限すること
で設けたマージンをピクチャの符号化の進行に合わせ
て、必要に応じて残符号量に加算することで、グループ
目標量Ｒｎを有効に利用することができ、量子化スケー
ルコードが急激に変化することを抑制し、極端なピクチ
ャ内の画質のばらつきを防止することができる。

【００５２】なお、ここでは発生符号量Ｓと各ピクチャ
目標量Ｔの差分値をそのまま補正値としたが、補正値Ｆ
に重み付けを行う手段を設けることで、マージン量（Ｒ
１−Ｒ２）の急激な使用を抑制して処理順の遅いピクチ
ャに多くのマージンを残すことがで、より発生符号量が
グループ目標量以下となるように制御することが容易と
なる。

【００５３】また、補正手段７０２において、制限を加
える前のグループ目標量から算出した第１の残符号量Ｒ
１に制限係数ａ１を乗算した値が第２の残符号量Ｒ２と
なるように補正を行うことでも、同様にグループ目標量
を制限することにより発生したマージンをピクチャの符
号化の進行に合わせて映像グループ内で有効に活用する
ことができる。

【００５４】（実施の形態３）図９に本発明の実施の形
態３における符号量制御装置のブロック図を示す。図９
において、２０１は映像信号入力端子、２０２は符号化
手段、２０３は符号化データの出力端子、２０４は符号
量計測手段、２０５はデータレート入力端子、２０６は
グループ設定手段、２０７は第２の残符号量算出手段、
２０８はピクチャ設定手段、２０９は量子化係数設定手
段、１０１は映像情報入力端子、９０１はピクチャ制限
手段である。

【００５５】以上のように構成された符号量制御装置
は、ピクチャ制限手段９０１が設けられた点が実施の形
態１と異なり、以下この動作を中心に説明する。

【００５６】ピクチャ設定手段２０８により配分された
ピクチャ目標量は、ピクチャ制限手段９０１に入力さ
れ、映像情報入力端子１０１より入力される映像グルー
プに付随するシーン情報からピクチャ目標量の最大値Ｔ
ｍａｘを規定することで、制限が加えられる。この最大
値Ｔｍａｘは、シーン情報が映像の特性に変化がないこ
とを示すときはグループ目標量に匹敵する値を設定する
ことで制限が掛からないようにし、逆に映像の特性に変
化がある場合は、例えばＰピクチャが全てＩピクチャに
相当する符号量を必要とすることを想定し、変化の度合
いに合わせてグループ目標量からグループ目標量の１／
（１＋Ｎｐ）の間の値を設定する。

【００５７】量子化係数設定手段２０９において、この
制限ピクチャ目標量を目標量として量子化スケールコー
ドの制御を行うことで、発生符号量自体も少なく抑える
ことができる。

【００５８】このようにして、単に映像グループ内に映
像の特性の変化があるというシーン情報を基に、ピクチ
ャ目標量に制限を加えるという簡単な構成により、特定
ピクチャでの符号量の独占を禁止し、映像グループ全体
として発生する符号量がグループ目標量から大きくずれ
てしまうことを防止できる。特に、映像に動きが少ない
状態から動きが発生した場合などにＩピクチャの発生符
号量を抑制することができ、残りのピクチャで使用する
残符号量を確保することができる。

【００５９】なお、ピクチャ目標量を制限した際には、
実施の形態１に記載した初期値設定手段１０３を用いる
ことで、制限したピクチャの開始量子化スケールコード
を再設定することで、ピクチャ内での最適な平均量子化
スケールコードに近い値にステップ的に変化させ、ピク
チャ内の量子化スケールコードが急激に変化することを
抑制し、極端なピクチャ内の画質のばらつきを防止する
こともできる。

【００６０】また、ピクチャ制限手段９０１と実施の形
態１に記載したグループ制限手段１０２を併用すること
で、より映像グループ全体として発生する符号量をグル
ープ目標量に近づけることができる。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、映像の
特性が変化した場合に複雑な前処理を行うことで映像の
特性に適応した符号量の配分を行わなくても、シーン情
報を用いてグループ目標量もしくはピクチャ目標量を制
限するという簡単な構成で、発生符号量がグループ目標
量から大きくずれることを防止することができる。ま
た、目標量を制限することで設けたマージンを各ピクチ
ャの符号化が進行するステップに応じて補正値として利
用することで、画質の極端な劣化を防止するものであ
る。さらに、目標量の制限値に応じて量子化パラメータ
を発生する際の初期値を再設定することで、ピクチャ内
で急激な量子化パラメータの変化が発生することを抑制
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１における符号量制御装置
のブロック図

【図２】従来例における符号量制御装置のブロック図

【図３】従来例における発生符号量の推移を示す第１の
図

【図４】従来例における発生符号量の推移を示す第２の
図

【図５】本発明の実施の形態１における発生符号量の推
移を示す図

【図６】本発明の実施の形態２における量子化スケール
コードの推移を示す図

【図７】本発明の実施の形態２における符号量制御装置
のブロック図

【図８】本発明の実施の形態２における発生符号量の推
移を示す図

【図９】本発明の実施の形態３における符号量制御装置
のブロック図

【符号の説明】

１０１ 映像情報入力端子 １０２ グループ制限手段 １０３ 初期値設定手段 ２０１ 映像信号入力端子 ２０２ 符号化手段 ２０３ 符号化データの出力端子 ２０４ 符号量計測手段 ２０５ データレート入力端子 ２０６ グループ設定手段 ２０７ 残符号量算出手段 ２０８ ピクチャ設定手段 ２０９ 量子化係数設定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤井 省造 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 MA00 MA04 MA05 MA14 MA21 MC11 MC38 ME01 PP05 PP06 PP07 TA46 TC18 TC24 TC37 TD06 UA02 5J064 AA01 BC16 BC26 BD01

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各ピクチャを符号化した際に発生する符
   号量を予め設定した目標量に制御することで、映像信号
   全体の発生符号量を所定データレートに制御する符号量
   制御装置であって、 符号化データの発生符号量を計測する符号量計測手段
   と、 前記所定データレートと前記符号量計測手段の計測値か
   ら次に符号化処理を行う複数ピクチャで構成された映像
   グループに対して第１の目標量を設定するグループ設定
   手段と、 前記映像グループに付随するシーン情報に基づいて前記
   第１の目標量に制限を加え第２の目標量を出力するグル
   ープ制限手段とを備えたことを特徴とする符号量制御装
   置。
2. 【請求項２】 前記グループ制限手段が、シーン情報の
   状態にかかわらず、第１の目標量に対して一定以上の制
   限を加えることを特徴とする請求項１記載の符号量制御
   装置。
3. 【請求項３】 各ピクチャを符号化した際に発生する符
   号量を予め設定した目標量に制御することで、映像信号
   全体の発生符号量を所定データレートに制御する符号量
   制御装置であって、 符号化データの発生符号量を計測する符号量計測手段
   と、 次に符号化処理を行う複数ピクチャで構成された映像グ
   ループに設定された第１の目標量と前記発生符号量から
   第１の残符号量を算出する第１の残符号量算出手段と、 前記映像グループに設定された前記第１の目標量より小
   さい第２の目標量と前記発生符号量から第２の残符号量
   を算出する第２の残符号量算出手段と、 前記第２の残符号量を次に符号化処理を行う対象ピクチ
   ャに配分して第３の目標量を設定するピクチャ設定手段
   と、 前記第２の残符号量を前記第１の残符号量の範囲で補正
   する補正手段とを備えたことを特徴とする符号量制御装
   置。
4. 【請求項４】 前記補正手段が、符号化処理を行ったピ
   クチャの発生符号量が前記第３の目標量に対して所定の
   閾値を超えた場合に、その差分値に応じて補正値を算出
   し、第２の残符号量を再設定することを特徴とする請求
   項３記載の符号量制御装置。
5. 【請求項５】 前記補正手段が、前記第１の残符号量を
   前記第１の目標量で除算し、かつ前記第２の目標量を乗
   算した値を第２の残符号量を再設定することを特徴とす
   る請求項３記載の符号量制御装置。
6. 【請求項６】 各ピクチャを符号化した際に発生する符
   号量を予め設定した目標量に制御することで、映像信号
   全体の発生符号量を所定データレートに制御する符号量
   制御装置であって、 符号化データの発生符号量を計測する符号量計測手段
   と、 複数ピクチャを含む映像グループに設定された第１の目
   標量を各ピクチャに配分して第３の目標量を設定するピ
   クチャ設定手段と、 前記映像グループに付随するシーン情報に基づいて前記
   第３の目標量に制限を加えて第４の目標量を生成するピ
   クチャ制限手段とを備えたことを特徴とする符号量制御
   装置。
7. 【請求項７】 前記ピクチャ制限手段が、映像グループ
   内で最初に符号化されるピクチャのみに制限を加えるこ
   とを特徴とする請求項６記載の符号量制御装置。
8. 【請求項８】 各ピクチャを符号化した際に発生する符
   号量を予め設定した目標量に制御することで、映像信号
   全体の発生符号量を所定データレートに制御する符号量
   制御装置であって、 複数ピクチャを含む映像グループに対して割り当てる目
   標量の最大値を前記所定データレートに前記映像グルー
   プ内に含まれるピクチャ数を乗算しさらに１秒間に含ま
   れるピクチャ数で除算することにより算出される基準符
   号量とすることを特徴とする請求項１から７のいずれか
   に記載の符号量制御装置。
9. 【請求項９】 符号化データの発生符号量を管理して量
   子化の量子化スケールコードを変化させることで発生符
   号量の制御を行う符号量制御装置であって、 設定された第５の目標量に制限を加え第６の目標量を出
   力する制限手段と、 第６の目標量と発生符号量の差分情報をフィードバック
   することで量子化の際に用いる量子化スケールコードを
   設定する量子化係数設定手段であって、量子化スケール
   コードの初期値を制御することが可能である量子化係数
   設定手段と、 前記第５の目標量を前記第６の目標量に制限した割合に
   応じて処理済ピクチャの平均量子化スケールコードに重
   み付けした値が前記初期値となるように制御する初期値
   設定手段とを備えたことを特徴とする符号量制御装置。