JP2005323168A - 画像データ圧縮装置、エンコーダ、電子機器及び画像データ圧縮方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】画像データを量子化する量子化部20と、複数フレーム分の量子化データがバッファリングされるFIFOバッファ部30と、書き込みと非同期でFIFOバッファ部30から読み出した量子化データを符号化した符号化データを生成する符号化データ生成部40と、量子化ステップを変化させて符号化データのデータサイズを制御するレートコントロール部50とを含む。レートコントロール部50は、1フレーム前の量子化データのサイズから該1フレーム前の符号化データの予測データサイズを求め、圧縮処理に割り当て可能な割り当て可能ビット数や残りフレーム数に基づき、量子化パラメータ上限閾値を設定又は解除する。量子化パラメータ上限閾値を設定したときには、予測データサイズを用いて、量子化パラメータ上限閾値以下となるように前記量子化パラメータを求める。
【選択図】図8
Description
MPEG-4 Visual Part(勧告書ISO/IEC 14496-2:1999(E) Annex L)
まずMPEG−4のエンコード処理について簡単に説明する。またこのエンコード処理によって符号化された圧縮データを伸張するためのデコード処理についても説明する。
次に、図1(A)に示すステップS10で実施されるレートコントロールに関し、非特許文献1に記載される手法について簡単に説明する。この手法では、エンコード時の量子化パラメータを変化させる。量子化パラメータを変化させることで、図1(A)に示す量子化(ステップS3)の量子化ステップを変化させて量子化特性を変化させ、発生する符号量(データのサイズ)を制御する。
ところで本実施形態は、上述したエンコードの一連の処理をハードウェアとソフトウェアとに分担させ、この分担の最適化を図る画像データ圧縮装置を提供するものである。
従って、量子化データのデータサイズx0を1次変換(線形変換)することで符号化データのデータサイズの予測値y0として求めることができる。(1)式において、aは、符号化データ生成部40の符号化効率に対応した係数である。この係数は、符号化データ生成部40の処理の特性に対応して定められる。更に具体的には、この係数は、符号化データ生成部40において行われるハフマン符号化のためのハフマンエンコード処理の圧縮係数ということもできる。
また上述のようにレートコントロールを実施したとしても、エンコード対象の画像によっては、エンコード後の圧縮データをデコードした画像にブロックノイズが目立つ場合も想定される。これは、非特許文献1に述べられているレートコントロール方式により、圧縮データの生成レートをコントロールしたとしても、該圧縮データをデコード(伸張)した画像にはブロックノイズが表示されることが多く、表示品質を劣化させる場合があるからである。
ところで、フレームごとに圧縮処理を行っていると、画像(特に自然画像ではない画像)によっては符号化データのサイズが増加し、ビットレートを確実に維持できない可能性がある。特に、上述のように量子化パラメータQcの量子化パラメータ上限閾値QcUpperLimitを設けた場合には、画質劣化を防止できる反面、個々のフレームでの符号化データのサイズが増加せざるを得ず、ビットレートの維持を阻害する可能性が高くなる。
ット数を考慮して、量子化パラメータ上限閾値を設定又は解除する。例えば、残りフレーム数が基準フレーム数に達した場合に、残り使用可能ビット数が多いと判断されるときには量子化パラメータ上限閾値を設定し、残り使用可能ビット数が少ないと判断されるときには量子化パラメータ上限閾値を解除する。
次に、レートコントロール部50で行われる量子化パラメータQcの算出処理について具体的に説明する。
を判別する(ステップS110)。
ステップS111に進む。
いと判別されたとき(ステップS110:Y)、量子化パラメータ上限閾値を解除する処理を行う(ステップS114)。量子化パラメータ上限閾値を解除する処理としては、例えば量子化パラメータ上限閾値の解除フラグをセットする。その後、フレームスキップ設定を行って(ステップS115)、一連の処理を終了する(エンド)。フレームスキップ部60は、ステップS115のフレームスキップ設定の内容に基づいてスキップ処理を行う。
図23に、本実施形態の画像データ圧縮装置の詳細な機能ブロック図を示す。但し、図8に示す画像データ圧縮装置10と同一部分には同一符号を付し、適宜説明を省略する。
ステップS84及びS85の後は、一連の処理を終了する(エンド)。
数だけスキップ処理が行われる。
次に、本実施形態の比較例との対比において、本実施形態の効果について説明する。上述のような画像データの圧縮処理についてハードウェアとソフトウェアに分担させる場合、両者の処理能力を吸収するFIFOバッファ部30が必要とされる。このような場合に、上述のレートコントロール方式を実現する比較例として、本実施形態と異なり、過去の複数フレームの符号化データのデータサイズに基づいて量子化ステップを変化させることが考えられる。
本実施形態におけるエンコードICの機能は、表示コントローラに適用できる。
60 フレームスキップ部、 70 画像データ処理部、
110 ハードウェア処理部、 112 離散コサイン変換(DCT)部、
114 動き検出部、 116 逆量子化部、
118 逆離散コサイン変換(iDCT)部、 120 動き補償部、
150 ソフトウェア処理部、 152 DC/AC予測部、 154 スキャン部、
156 VLC符号化部
Claims (24)
- 画像データを圧縮するための画像データ圧縮装置であって、
画像データを、量子化パラメータに基づいて変化する量子化ステップで量子化する量子化部と、
前記量子化部によって量子化された複数フレーム分の量子化データがバッファリングされるFIFOバッファ部と、
前記FIFOバッファ部への書き込みと非同期で前記FIFOバッファ部から量子化データを読み出し、該量子化データを符号化した符号化データを生成する符号化データ生成部と、
フレーム毎に、前記量子化部の量子化ステップを変化させて符号化データのデータサイズを制御するレートコントロール部とを含み、
前記レートコントロール部が、
現在のフレームの1フレーム前の量子化データのデータサイズから該1フレーム前の符号化データの予測データサイズを求め、
所定のビットレートを維持するために圧縮処理に割り当て可能な割り当て可能ビット数に基づき、或いは残りフレーム数に基づき、或いは該割り当て可能ビット数及び該残りフレーム数に基づき、量子化パラメータ上限閾値を設定又は解除し、
前記量子化パラメータ上限閾値を設定したときには、前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下となるように前記量子化パラメータを求め、
前記量子化パラメータ上限閾値を解除したときには、前記量子化パラメータ上限閾値に関わらず、前記予測データサイズを用いて前記量子化パラメータを求めることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1において、
前記量子化部に供給される画像データの生成処理をスキップさせるスキップ処理を行うフレームスキップ部を含み、
前記フレームスキップ部が、
前記量子化パラメータ上限閾値が解除されたときには、前記スキップ処理を行うことを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項2において、
前記フレームスキップ部が、
少なくとも1フレームの間隔を置いて2回以上、前記スキップ処理を行うことを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至3のいずれかにおいて、
前記レートコントロール部が、
前記ビットレートを維持するための最大エンコードサイズの範囲内で設定された複数種類の基準ビット数の各基準ビット数と前記割り当て可能ビット数とを比較し、
前記ビットレートを維持するためのエンコードフレーム数の範囲内で設定された複数種類の基準フレーム数の各基準フレーム数と前記残りフレーム数とを比較し、
各基準ビット数と前記割り当て可能ビット数との比較結果、及び各基準フレーム数と前記残りフレーム数との比較結果に基づいて、前記量子化パラメータ上限閾値を設定又は解除することを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至4のいずれかにおいて、
前記レートコントロール部が、
前記量子化パラメータ上限閾値を設定したときには、前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下で、かつその値が設定可能な量子化パラメータ下限閾値以上となるように前記量子化パラメータを求めることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至5のいずれかにおいて、
その値が設定可能な量子化パラメータ下限閾値が設定されている場合には、
前記レートコントロール部が、
前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下で、かつ前記量子化パラメータ下限閾値以上となるように前記量子化パラメータを求め、
前記量子化パラメータ上限閾値を解除したとき、更に前記量子化パラメータ下限閾値を解除すると共に、前記量子化パラメータ上限閾値及び前記量子化パラメータ下限閾値に関わらず、前記予測データサイズを用いて前記量子化パラメータを求めることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至6のいずれかにおいて、
前記FIFOバッファ部のアクセス回数に対応したカウントデータが保持されるカウントレジスタを含み、
前記レートコントロール部が、
前記カウントデータから前記予測データサイズを求め、該予測データサイズに基づいて前記量子化ステップを変化させることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至7のいずれかにおいて、
前記予測データサイズは、前記1フレーム前の量子化データのデータサイズを1次変換することにより求められるデータサイズであることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項8において、
前記一次変換は、
前記符号化データ生成部の符号化効率に対応した係数を用いた変換であることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項9において、
前記一次変換は、更に、
前記符号化データに付加されるヘッダサイズ分の補正を行う変換であることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至10のいずれかにおいて、
量子化ステップ値を記憶する量子化テーブルを含み、
前記レートコントロール部が、
前記量子化パラメータと前記量子化ステップ値との積を用いて量子化を行うことで、前記量子化ステップを変化させることを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至11のいずれかにおいて、
離散コサイン変換された前記画像データを、フレーム単位で前記量子化部に供給する離散コサイン変換部を含むことを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項1乃至12のいずれかにおいて、
動画像の画像データをハードウェアにより処理するハードウェア処理部と、
前記FIFOバッファ部から読み出された量子化データをソフトウェアにより符号化処理して符号化データを生成するソフトウェア処理部とを含み、
前記ハードウェア処理部が、
前記量子化部と前記FIFOバッファ部とを含み、
前記ソフトウェア処理部が、
前記符号化データ生成部と前記レートコントロール部とを含むことを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項13において、
前記ハードウェア処理部が、
現在のフレームの入力画像データと現在のフレームの1フレーム前の過去画像データとの差分を動きベクトル情報として出力し、
該動きベクトル情報に対して離散コサイン変換を行って前記画像データとして前記量子化部に出力し、
前記量子化データに対して前記量子化ステップで逆量子化して求められる逆量子化データに基づいて、前記過去画像データを生成することを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項14において、
前記ソフトウェア処理部が、
前記FIFOバッファ部から読み出された量子化データを可変長符号に符号化することを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項15において、
前記ソフトウェア処理部が、
前記FIFOバッファ部から読み出された量子化データを並び換えるスキャン処理を行い、該スキャン処理の結果を可変長符号に符号化することを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 請求項16において、
前記ソフトウェア処理部が、
前記FIFOバッファ部から読み出された量子化データからDC成分及びAC成分とを求め、前記DC成分及びAC成分を並び換えるスキャン処理を行い、該スキャン処理の結果を可変長符号に符号化することを特徴とする画像データ圧縮装置。 - 画像データに対して圧縮処理を行うエンコーダであって、
画像データを入力するためのインタフェース処理を行う画像入力インタフェースと、
前記画像データを、量子化パラメータに基づいて変化する量子化ステップで量子化する量子化部と、
前記量子化部によって量子化された複数フレーム分の量子化データがバッファリングされるFIFOバッファ部と、
前記FIFOバッファ部への書き込みと非同期で、前記FIFOバッファ部に記憶された量子化データを読み出すホストとのインタフェース処理を行うホストインタフェースとを含み、
前記ホストが、
現在のフレームの1フレーム前の量子化データのデータサイズから該1フレーム前の符号化データの予測データサイズを求め、
所定のビットレートを維持するために圧縮処理に割り当て可能な割り当て可能ビット数に基づき、或いは残りフレーム数に基づき、或いは該割り当て可能ビット数及び該残りフレーム数に基づき、量子化パラメータ上限閾値を設定又は解除し、
前記量子化パラメータ上限閾値を設定したときには、前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下となるように前記量子化パラメータを求め、
前記量子化パラメータ上限閾値を解除したときには、前記量子化パラメータ上限閾値に関わらず、前記予測データサイズを用いて前記量子化パラメータを求め、
前記量子化部が、
前記ホストによって求められた量子化パラメータに基づいて量子化ステップを変化させることを特徴とするエンコーダ。 - 請求項18において、
前記画像データの生成処理をスキップするためのスキップフラグレジスタを含み、
前記ホストが、
前記量子化パラメータ上限閾値を設定したときには、前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下となるように前記量子化パラメータを求め、
前記量子化パラメータ上限閾値を解除したときには、前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値に関わらず前記量子化パラメータを求めると共に前記スキップフラグレジスタをセットし、
前記スキップフラグレジスタがセットされたとき、現在のフレームの画像データの生成処理がスキップされることを特徴とするエンコーダ。 - 請求項19において、
前記ホストが、
前記量子化パラメータ上限閾値を解除したときには、少なくとも1フレームの間隔を置いて2回以上、前記スキップフラグレジスタをセットすることを特徴とするエンコーダ。 - 請求項18乃至20のいずれかにおいて、
その値が設定可能な量子化パラメータ下限閾値が設定されている場合には、
前記ホストが、
前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下で、かつ前記量子化パラメータ下限閾値以上となるように前記量子化パラメータを求め、
前記量子化パラメータ上限閾値を解除したとき、更に前記量子化パラメータ下限閾値を解除すると共に、前記量子化パラメータ上限閾値及び前記量子化パラメータ下限閾値に関わらず、前記予測データサイズを用いて前記量子化パラメータを求めることを特徴とするエンコーダ。 - 請求項1乃至17のいずれか記載の画像データ圧縮装置を含むことを特徴とする電子機器。
- 請求項18乃至21のいずれか記載のエンコーダを含むことを特徴とする電子機器。
- 画像データを圧縮するための画像データ圧縮方法であって、
フレーム単位で画像データが量子化される量子化データであって、現在のフレームの1フレーム前の量子化データのデータサイズから該1フレーム前の符号化データの予測データサイズを求め、
所定のビットレートを維持するために圧縮処理に割り当て可能な割り当て可能ビット数に基づき、或いは残りフレーム数に基づき、或いは該割り当て可能ビット数及び該残りフレーム数に基づき、量子化パラメータ上限閾値を設定又は解除し、
前記量子化パラメータ上限閾値を設定したときには、前記予測データサイズを用いて、前記量子化パラメータ上限閾値以下となるように前記量子化パラメータを求めると共に、前記量子化パラメータ上限閾値を解除したときには、前記量子化パラメータ上限閾値に関わらず、前記予測データサイズを用いて前記量子化パラメータを求め、
前記量子化パラメータに基づいて変化する量子化ステップで、前記現在のフレームの画像データを量子化し、前記画像データを符号化した符号化データのデータサイズを変化させ、
フレームごとに求められる前記量子化パラメータがスキップ閾値よりも大きくなるフレームが、スキップ連続回数閾値として設定された回数以上連続したとき、前記画像データの生成処理をスキップさせることを特徴とする画像データ圧縮方法。
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