JP2005333609A

JP2005333609A - 符号化制御回路及び符号化回路

Info

Publication number: JP2005333609A
Application number: JP2004322296A
Authority: JP
Inventors: Masami Ebara; 正己江原; Osamu Takanaga; 治高永
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2004-04-22
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2005-12-02
Also published as: TW200536279A; TWI251984B; US20050249424A1; KR100711672B1; US7680344B2; KR20060047331A

Abstract

【目的】画質の低下を極力抑えつつ発生符号量を制御できる符号化回路を提供する。
【構成】情報量を低減させていない第１映像信号と情報量を低減させた第２映像信号のいずれかを発生符号量の積算値に応じて選択して出力するように構成された符号化回路により上記課題を解決できる。
【選択図】図１

Description

この発明は、映像符号化回路における発生符号量を制御するための符号化制御回路及びそれを用いた符号化回路に関する。

アナログ信号である映像信号をサンプリングし、そのサンプリング値を量子化することによってデジタル信号に変換する処理が広く用いられている。また、サンプリング値を直交変換する圧縮処理等の符号化処理も行われている。例えば、特許文献２，３に開示されたアダマール変換処理がこれに相当する。

このとき、従来、発生符号量に対する制御は、直交変換後の各成分に対し、割り算を行うことで実現していた。ｎ次の直交変換の成分は、Ｈ＝Ｓ（ｎ）（ｎ＝０からｎ−１）のごとく表される。

符号化制御においては、成分Ｈを値Ｑ（量子化ステップ）で割り算することで実現する。例えば、Ｈが１０ビットで表現される値であるとすれば、Ｑ＝８で割り算した場合には７ビットで表現できることとなり、その分発生符号量を減少させることができる。

特開平６−２１７２８４号公報特許第２５７４３１２号公報特許第２８２７９９７号公報

しかしながら、このような符号化制御においてＱの値を大きくすると、逆直交変換後において元の画像に十分に復元することができない。すなわち、量子化ステップが大きくなり、符号化後の情報量が減少するからである。例えば、ＭＰＥＧではブロックノイズとして画質が大きく劣化することがある。

この発明は、上記の事情に鑑み、画質の低下を極力抑えつつ発生符号量を制御できる符号化制御回路及び符号化回路を提供することを目的とする。

この発明の符号化制御回路は、上記の課題を解決するために、映像符号化回路の発生符号量を制御するための符号化制御回路であって、周波数特性を低下させていない第１映像信号と周波数特性を低下させた第２映像信号のいずれかを前記映像符号化回路における発生符号量の積算値に応じて選択して出力するように構成されたことを特徴とする。

また、この発明の符号化制御回路は、映像符号化回路の発生符号量を制御するための符号化制御回路であって、前記映像符号化回路における符号化単位期間内の一定時間間隔の実際の発生符号量の積算値と前記時間間隔に対応して予め設定された基準発生符号量との大小比較を行う比較判定回路と、周波数特性を低下させていない第１映像信号と周波数特性を低下させた第２映像信号のいずれかを選択して前記映像符号化回路に入力するスイッチと、前記実際の発生符号量の積算値が前記基準発生符号量を超えていない状態では前記スイッチに第１映像信号を選択させ、越えたときには前記スイッチに第２映像信号を選択させるスイッチ制御手段と、を備えたことを特徴とする。前記第２映像信号は、ローパスフィルタにて周波数帯域が狭められ、そのサンプリング周波数も低減させられた映像信号であるのがよい。

また、本発明は、映像信号を符号化して出力する符号化回路であって、第１映像信号の情報量を低減させて第２映像信号として出力する情報量低減部と、選択信号に基づいて、前記第１映像信号と前記第２映像信号とのいずれか一方を選択して出力する選択部と、前記選択回路から出力された映像信号を符号化して出力する符号化器と、所定の符号化単位期間において前記符号化器から出力される符号化された映像信号の符号量を積算し所定の時間間隔で実際値として出力する発生符号量累積算出部と、前記実際値と前記時間間隔毎に定められた基準値とを比較して前記選択信号を出力する比較器と、を備えることを特徴とする。

ここで、前記情報量低減部は、前記第１映像信号の周波数帯域を制限して前記第２映像信号として出力することが好適である。また、前記情報量低減部は、前記第１映像信号のサンプリング周波数を低減して前記第２映像信号として出力することも好適である。その両方を行うことも好適である。

この発明によれば、画質の低下を極力抑えつつ発生符号量を制御できるという効果を奏する。

図１は符号化回路１を示したブロック図である。入力される映像信号は、ディジタル化された映像信号（輝度／色差信号、ＲＧＢ信号等）である。スイッチ１２の第１入力端子にはディジタルフィルタであるローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０及びサンプリングレート低減部１１を経た映像信号が入力され、第２入力端子には映像信号がそのまま入力される。スイッチ１２は後述する比較器１６の比較結果に基づいていずれかを選択する。ローパスフィルタ１０は、入力信号の低周波数帯域のみを通過させる。例えば、本実施形態では映像信号の周波数帯域を半分に狭める。また、サンプリングレート低減部１１は、ローパスフィルタ１０から出力される値を一つおきに出力する。すなわち、出力された値を一つおきに廃棄し、サンプリングレートを半分に低減する。

スイッチ１２にて選択された映像信号は符号化器１３に入力される。符号化器１３の符号化方式については特に限定しない。符号化方式としては、例えば、ＤＣＴ（離散的コサイン変換）やアダマール変換といった直交変換方式などが知られている。本実施の形態では、符号化器１３はアダマール変換を行うものとして説明を行う。図３に一例としてアダマール変換を行う符号化器１３を示す。

符号化器１３の第１アダマール変換回路１３ｂには、フレーム遅延メモリ１３ａにより遅延された映像信号が入力される。また、第２アダマール変換回路１３ｃには、映像信号がそのまま入力される。第１アダマール変換回路１３ｂ，１３ｃは、映像信号に対して２次元アダマール変換を行い、加算器１３ｄ及び減算器１３ｅへ出力する。２次元アダマール変換の成分は、行（ｍ），列（ｎ）ブロックの場合ｍ×ｎ個となる。例えば、ｍ＝２、ｎ＝２の場合には、４つの成分が出力される。

加算器１３ｄ及び減算器１３ｅは、第１アダマール変換回路１３ｂ及び第２アダマール変換回路１３ｃからの２次元アダマール変換の成分をそれぞれ加算及び減算する。ここで、フレーム遅延の無い信号に対する成分をＳ（０）からＳ（ｍ×ｎ−１）とし、フレーム遅延がある信号に対する成分をＦＳ（０）からＦＳ（ｍ×ｎ−１）とすると次段の加算器１３ｄと減算器１３ｅは、以下の演算を実行することになる。

加算器＝Ｓ（ｋ）＋ＦＳ（ｋ）
減算器＝Ｓ（ｋ）−ＦＳ（ｋ）

量子化部１３ｆ，１３ｇは、各演算結果に対して量子化処理を行う。両量子化結果は１次元配列で繋げられてハフマン符号化回路１３ｈに入力される。ハフマン符号化器１３ｈは、良く知られているハフマン符号化処理を行う。ハフマン符号化器１３ｈの後段には、例えば、図示しない送信部が設けられる。符号化器１３が例えばテレビ受信装置に設けられるとすれば、受信番組を前記送信部から送出できることになる。前記テレビ受信装置の付属装置である子テレビ装置は、前記送信部からの送信信号を受信し、復調処理を行い、更に復号処理を行うことで映像を表示することになる。

上記の符号化器１３においては、符号化単位期間を映像信号の２フレーム期間（４フィールド期間）としている。また、フレーム遅延メモリで遅延時間を２フィールド期間としている。具体的には、フレーム遅延された信号とフレーム遅延が無い信号とを見ると、第１フィールドと第３フィールドとが対応することになる。両フィールドの対応ブロックについてアダマール変換がなされ、前述の加算と減算が行われる。同様に、第２フィールドと第４フィールドとが対応することになる。両フィールドの対応ブロックについてアダマール変換がなされ、前述の加算と減算が行われる。そして、その次の符号化単位期間では、第５フィールドと第７フィールドとが対応し、第６フィールドと第８フィールドとが対応することになる。

発生符号量累積算出部１４は、符号化器１３から出力される符号の符号量を所定の期間だけ積算して出力する。符号化器１３から出力される符号化単位期間の一定時間間隔の実際の発生符号量の累積値（以下、実際値という）を算出する。すなわち、符号化器１３から出力される符号量を符号化単位期間に亘って積算し、一定の時間間隔毎にその値を実際値として出力する。

基準値生成部１５は、実際値が出力される時間間隔に同期して予め設定された基準発生符号量（以下、基準値という）を出力する。例えば、基準値生成部１５は、例えばメモリにて構成され、図示しないカウンタからのカウント値（時刻）をアドレスとして入力して保持データ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒｎ）を順次出力する。

比較器１６は、発生符号量累積算出部１４からの実際値と基準値生成部１５からの基準値とを受けて、実際値と基準値とを比較し、その比較結果を出力する。具体的には、実際値が基準値を下回っているうちは、Ｌｏｗ（０）をスイッチ１２に出力し、実際値が基準値を上回るとＨｉｇｈ（１）をスイッチ１２に出力する。

スイッチ１２はＬｏｗ（０）を受け取るときには入力映像信号をそのまま符号化器１３に供給し、Ｈｉｇｈ（１）を受け取るときにはローパスフィルタ１０を経た入力映像信号を符号化器１３に供給する。

図２は時間の経過と発生符号の積算の様子を示した説明図である。図２中のＲ１，Ｒ２，Ｒ３，…，Ｒｎは、基準値生成部１５から一定の時間毎に出力される基準値を示している。本実施の形態では、基準値は時間に対して１次式で表現される直線上にある値としたが、任意の曲線上にある値として設定することも可能である。ここで、符号化単位期間を時刻０から時刻ｎまでとすると、比較器１６に供給される基準値は、時刻０においてはＲ０、時刻１においてはＲ１、時刻ｎにおいてはＲｎとなる。

また、図２中の太線で示されるグラフは符号量制御が行われない場合の発生符号量の積算値（実際値）を示している。比較器１６は、実際値が基準値より小さい間はＬｏｗ（０）を出力する。従って、スイッチ１２は入力映像信号をそのまま符号化器１３に供給する。図２の点Ｐで示してある箇所において、実際値が基準値を超えたとする。このとき、比較器１６の出力がＨｉｇｈとされ、スイッチ１２によってローパスフィルタ１０及びサンプリングレート低減部１１を経た入力映像信号が符号化器１３に入力される。ローパスフィルタ１０及びサンプリングレート低減部１１を経た入力映像信号は、周波数帯域が落とされ、サンプリングレートも落とされた信号であるので、その後の符号化器１３における発生符号量は減少して図２中の太点線で示される変化を示す。

仮に、ローパスフィルタ１０により入力映像信号の周波数帯域が半分に制限され、かつサンプリングレートが半分に落とされた場合を考えると、符号化器１３における発生符号量は半分に低下する。ここで、発生符号量の調整がない場合には図２中の点Ｑと原点を結ぶ直線の延長線上で実際値（積算された符号量）が増加すると仮定すると、時刻ＸＱにおいて発生符号量の調整が開始された場合、周波数帯域の低減とサンプリングレートの低減により発生符号量が半分に減り、実際値（積算された符号量）の増加率が半分に減る。符号化制御を施した実際値が符号化期間（時刻０からｎ）においてＲｎを超えないための条件は下記のごとく表される。

Ｑ点の座標を（Ｘ_Q、Ｙ_Q）として、
（Ｙ_Q／２Ｘ_Q）×ｎ＋（Ｙ_Q／２）＜Ｒｎ・・・（１）
となり、Ｙ_Qは（２）式で求められる。

Ｙ_Q＜２×Ｘ_Q×Ｒｎ／（ｎ＋Ｘ_Q）・・・（２）
ただし、Ｘ_Q＝０，１，２，…，ｎ
すなわち、Ｒ０からＲｎの基準値を（２）式で示される値Ｙ_Qにより求めることにより、累積符号量はＲｎを超えないことになる。また、この条件は点Ｑにおいてその後の発生符号化量が同じ傾きで増加するとの仮定であるが、倍の傾きで増加するとの仮定でも同様の条件式が得られる。この場合の条件式は、（Ｙ_Q／Ｘ_Q）×ｎ＋（Ｙ_Q／２）＜Ｒｎとなる。

上記符号化制御における符号化器１３の出力のデータレートはＲｎ／ｎ（ｂｐｓ）で表現できる。このデータレートに基づいて伝送路の伝送帯域に設定し、符号化信号を伝送路へ送出することになる。或いは、伝送帯域が規定されている場合、この伝送帯域に合わせて基準値Ｒｎを設定することで他の基準値が設定されることになる。

ローパスフィルタ１０からの入力映像信号を選択している状態では、映像信号の解像度が半減することになるが、例えば、符号化器１３の符号化単位期間が映像信号の２フレーム期間とされる場合、ローパスフィルタ１０を経た入力映像信号が選択される期間は、確率的に符号化期間の後半部分に集中するため、画質劣化と認識されない利点がある。極端な例として、２フレーム（４フィールド）期間において、ローパスフィルタ１０を経た入力映像信号が選択される期間が最後の第４フィールド目であるとすると、解像度の高い画像が３枚表示された後に１枚のみ解像度の低い画像が提示されることになるため、画質劣化と認識され難いことになる。

なお、上記の例では、実際の符号化量の累積値と基準値との比較でスイッチ１２を動作させたが、これに限るものではなく、例えば、符号化量の変化（増加傾き）を検出し、変化が予め設定した基準を越えたときに、スイッチ１２を動作させるようにしてもよい。

この発明の実施形態の符号化回路を示したブロック図である。一定時間間隔の実際の発生符号量の累積値と前記時間間隔に対応して予め設定された基準発生符号量の累積値との関係を示した説明図である。符号化器の一例を示したブロック図である。

符号の説明

１符号化回路、１０ローパスフィルタ、１１サンプリングレート低減部、１２スイッチ、１３符号化器、１４発生符号量累積算出部、１５基準値生成部、１６比較器。

Claims

映像符号化回路の発生符号量を制御するための符号化制御回路であって、周波数特性を低下させていない第１映像信号と周波数特性を低下させた第２映像信号のいずれかを前記映像符号化回路における発生符号量の積算値に応じて選択して出力するように構成されたことを特徴とする符号化制御回路。
映像符号化回路の発生符号量を制御するための符号化制御回路であって、
前記映像符号化回路における符号化単位期間内の一定時間間隔の実際の発生符号量の積算値と前記時間間隔に対応して予め設定された基準発生符号量との大小比較を行う比較判定回路と、
周波数特性を低下させていない第１映像信号と周波数特性を低下させた第２映像信号のいずれかを選択して前記映像符号化回路に入力するスイッチと、
前記実際の発生符号量の積算値が前記基準発生符号量を超えていない状態では前記スイッチに第１映像信号を選択させ、越えたときには前記スイッチに第２映像信号を選択させるスイッチ制御手段と、
を備えたことを特徴とする符号化制御回路。
請求項１又は２に記載の符号化制御回路において、前記第２映像信号は、ローパスフィルタにて周波数帯域が狭められ、そのサンプリング周波数も低減させられた映像信号であることを特徴とする符号化制御回路。
映像信号を符号化して出力する符号化回路であって、
第１映像信号の情報量を低減させて第２映像信号として出力する情報量低減部と、
選択信号に基づいて、前記第１映像信号と前記第２映像信号とのいずれか一方を選択して出力する選択部と、
前記選択回路から出力された映像信号を符号化して出力する符号化器と、
所定の符号化単位期間において前記符号化器から出力される符号化された映像信号の符号量を積算し所定の時間間隔で実際値として出力する発生符号量累積算出部と、
前記実際値と前記時間間隔毎に定められた基準値とを比較して前記選択信号を出力する比較器と、
を備えることを特徴とする符号化回路。
請求項４に記載の符号化回路において、
前記情報量低減部は、前記第１映像信号の周波数帯域を制限して前記第２映像信号として出力することを特徴とする符号化回路。
請求項４又は５に記載の符号化回路において、
前記情報量低減部は、前記第１映像信号のサンプリング周波数を低減して前記第２映像信号として出力することを特徴とする符号化回路。