JP2006319868A - 画像圧縮符号化装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 量子化パラメータに基づいて量子化する量子化部と、送信すべき符号化データを一時的に蓄積するバッファと、第1のGOPのIフレーム符号化後時点からみて、第2のGOPの先頭フレーム蓄積時におけるバッファ占有量が、オーバフロー限界及びアンダーフロー限界の中心となるように、フレーム毎に必要とする基本発生情報を制限したフレーム目標発生情報量を出力するバッファ制約部と、フレーム目標発生情報量に基づいて算出されたマクロブロック目標発生情報量から量子化パラメータを導出し、該量子化パラメータを量子化部へ出力する量子化パラメータ制御部とを有する。
【選択図】 図5
Description
(1)フレーム内符号化モードにおける予測方式の改善による圧縮効率の向上
(2)ブロックサイズ適応選択による予測効率の向上
(3)RD最適化又はそれに準じるモード選択方式を採用
RD最適化とは、情報量(Rate)及びひずみ(Distortion)の両方を共に最小するマクロブロックモードを選択することを指し、実際に仮符号化をしながら最適選択(Optimization)をする。
量子化パラメータに基づいて量子化する量子化手段と、
第1のGOPの先頭フレーム符号化直後時点からみて、第2のGOPの先頭フレーム符号化直前時点までの仮想受信バッファのバッファ占有遷移が、オーバフロー限界及びアンダーフロー限界の中心となるように、各フレームが必要とする基本発生情報量に対して補正を行ったフレーム目標発生情報量を出力するバッファ制約手段と、
フレーム目標発生情報量に基づいて算出されたマクロブロック目標発生情報量から量子化パラメータを導出し、該量子化パラメータを量子化手段へ出力する量子化パラメータ制御手段と
を有することを特徴とする。
マクロブロック毎に、インター/イントラモード判定後の予測誤差である差分絶対値和SADを算出する差分絶対値和算出手段を更に有し、
バッファ制約手段は、
差分絶対値和SADに基づいて、フレーム基本発生情報量を推定するフレーム基本発生情報量推定手段と、
第1のGOPの先頭フレーム符号化直後時点からみて、第2のGOPの先頭フレーム符号化直前時点までの仮想受信バッファのバッファ占有遷移が、オーバフロー限界及びアンダーフロー限界の中心となるように、ビットレートから得られるフレームあたりの平均発生情報量に対する、フレームの発生情報量の割合であるスケーリング係数を出力する情報量補正手段と、
推定された基本発生情報量にスケーリング係数を乗じてフレーム目標発生情報量を出力する乗算手段と
を有することも好ましい。
情報量補正手段は、GOP単位で行うものであって、バッファにおける符号化データの占有量が低く遷移している場合、小さいの値のスケーリング係数を出力し、符号化データの占有量が高く遷移している場合、大きい値のスケーリング係数を出力するように動作することも好ましい。
フレーム基本発生情報量推定手段は、差分絶対値和SAD及び固定量子化パラメータQPに基づいて発生情報量を推定する関数f又は推定値を予め蓄積していることも好ましい。
バッファ制約手段は、乗算手段から出力されたフレーム目標発生情報量に対して、バッファのオーバフロー限界又はアンダー限界に達しないようにクリップするクリップ手段を更に有することも好ましい。
量子化パラメータ制御手段は、
フレーム目標発生情報量に基づいてマクロブロック目標発生情報量を出力するマクロブロック目標発生情報量決定手段と、
実発生情報量における当該マクロブロック直前までの情報量の和と、目標発生情報量における当該マクロブロック直前までの情報量の和と、当該マクロブロック直前までの量子化パラメータの平均値とから当該マクロブロックの量子化パラメータを算出し、量子化手段へ出力する量子化パラメータ算出手段と
を有することも好ましい。
SAD算出部122は、フレームメモリからマクロブロック毎の予測誤差を入力する。従って、インターモードマクロブロックに対してはインター予測誤差が用いられ、イントラモードマクロブロックに対してはイントラ予測誤差が用いられる。そして、SAD算出部122は、フレームのマクロブロック毎に、モード判定後の予測誤差のSADを算出する。
バッファ制約部123は、フレーム基本発生情報量推定部1231と、情報量補正部1232と、メモリ1233と、乗算部1234と、クリップ部1235とを有する。フレーム基本情報量推定部1231は、SAD平均値meanSADを入力し、各QPに基づいてフレーム基本発生情報量TBを出力する。情報量補正部1232は、ビットレートから得られるフレーム当たりの発生情報量に対する、実際の発生情報量の割合を、スケーリング係数CSiとして出力する。乗算部1234は、スケーリング係数CSiとフレーム基本発生情報量TBとを乗算し、フレーム目標発生情報量Tiを出力する。クリップ部1235は、フレーム目標発生情報量Tiが、実際に、バッファのオーバフロー限界又はアンダー限界に達しないようにクリップする。以下では、各機能部について詳細に説明する。
フレーム基本発生情報量推定部1231は、マクロブロック個数におけるSAD平均値meanSADを入力する。meanSADと、各QP値とから、関数fにより、フレーム基本発生情報量TBを算出する。フレーム基本発生情報量とは、バッファ制約を考慮する前段階において、純粋に各フレームが必要とする発生情報量をいう。
式(3)
TB=f(meanSAD,QP)
bits = a・S3+b・S2+c・S+d
bits = b・S2+c・S+d
情報量補正部1232は、ビットレートから得られるフレーム当たりの発生情報量に対する、実際の発生情報量の割合を、スケーリング係数CSiとして出力する。
式(4)
Bhi=Bhi−1−bi−1+BR/FR
Bhi(bit):フレームi符号化直前のHRDバッファレベル
bi(bit):フレームiの符号化による発生情報量
BR(bit/s):符号化ビットレート
FR(frame/s):符号化フレームレート
式(5)
N(frame):GOP内フレーム数
式(6)
式(7)
式(8)
Bhi−bi+BR/2FR=BI(i)
式(9)
CSi=bi/bf
式(10)
CSi=Bhi−BI(i)/(BR/FR)+1/2
乗算部1234は、スケーリング係数CSiと基本発生情報量TBとを乗算し、フレーム目標発生情報量Tiを出力する。各フレームが必要とする発生情報量を反映し、かつ、HRDバッファのアンダーフロー/オーバフローを防止するために、先に算出された基本発生情報量に対し、スケーリング係数CSiを適用する。即ち、以下の式(11)によって、目標発生情報量Tiが算出される。
式(11)
Ti=TBi・CSi
クリップ部1235は、実際にフレーム目標発生情報量Tiが、バッファのオーバフロー限界又はアンダー限界に達しないようにクリップする。式(11)によれば、バッファ状態が考慮されたGOP単位での情報量割り当てが行われるため、バッファの破綻は原則として生じない。しかし、これを厳密に回避するため、以下のバッファ制約を適用する。
式(12)
Bhi−bi ≧ mgn
式(13)
Bhi−bi+BR/FR ≦ (B−mgn)
但し、mgnは、バッファ上限・下限に対するマージンであり、以下のように規定する。
式(14)
mgn=0.2・BR/FR
量子化パラメータ制御部124は、マクロブロック目標発生情報量決定部1241と、目標発生情報量和部1242と、実発生情報量和部1243と、量子化パラメータ算出部1244と、量子化パラメータ平均化部1245とを有する。マクロブロック目標発生情報量決定部1241は、フレーム目標発生情報量Tiと、マクロブロック毎のSAD(予測誤差)であるSjと、Sjのフレーム内合計値ΣSjとから、マクロブロック毎の目標発生情報量TBjを決定する。目標発生情報量和部1242は、マクロブロック目標発生情報量TBjを加算し、目標発生情報量STBを出力する。実発生情報量和部1243は、マクロブロック毎の実発生情報量BMjを加算し、実発生情報量SBMを出力する。量子化パラメータ算出部1244は、目標発生情報量STBと、実発生情報量SBMと、QP値の平均値とから、QP値を決定し、そのQP値を量子化部へ出力する。量子化パラメータ平均化部1245は、QP値の平均を算出し、平均QP値を量子化パラメータ算出部1244へ出力する。
マクロブロック目標発生情報量決定部1241は、フレーム目標発生情報量Tiと、マクロブロック毎の予測誤差Sjと、Sjのフレーム内合計値ΣSjとから、マクロブロック毎の目標発生情報量TBjを決定する。
式(15)
TBj=Sj/ΣSj・Ti
目標発生情報量と、実際の符号化後の発生情報量との差異を吸収するために、QP値の制御を以下のようにして行う。これまでに発生した情報量と目標発生情報量は、それぞれ以下のようになる。
m:現在符号化しようとしているマクロブロック
BMj:マクロブロックjで実際に発生した情報量
式(16)
式(18)
式(19)
式(20)
101 現フレームメモリ
102 動き予測部
103 インターモードのフレーム間予測コスト算出部
104 イントラモードのフレーム間予測コスト算出部
105 モード判定部
106 モード情報メモリ
107 ローカルデコードメモリ
111 動き補償部
112 DCT(離散コサイン変換)部
113 量子化部
114 逆量子化部
115 逆DCT部
116 可変長符号化部
117 バッファ部
121 フレームメモリ
122 差分絶対値和(SAD)算出手段
123 バッファ制約部
1231 フレーム基本発生情報量推定部
1232 情報量補正部
1233 メモリ
1234 乗算部
1235 クリップ部
124 量子化パラメータ制御部
1241 マクロブロック目標発生情報量決定部
1242 目標発生情報量和部
1243 実発生情報量和部
1244 量子化パラメータ算出部
1245 量子化パラメータ平均化部
Claims (6)
- 量子化パラメータに基づいて量子化する量子化手段と、
第1のGOPの先頭フレーム符号化直後時点からみて、第2のGOPの先頭フレーム符号化直前時点までの仮想受信バッファのバッファ占有遷移が、オーバフロー限界及びアンダーフロー限界の中心となるように、各フレームが必要とする基本発生情報量に対して補正を行ったフレーム目標発生情報量を出力するバッファ制約手段と、
前記フレーム目標発生情報量に基づいて算出されたマクロブロック目標発生情報量から量子化パラメータを導出し、該量子化パラメータを前記量子化手段へ出力する量子化パラメータ制御手段と
を有することを特徴とする画像圧縮符号化装置。 - マクロブロック毎に、インター/イントラモード判定後の予測誤差である差分絶対値和SADを算出する差分絶対値和算出手段を更に有し、
前記バッファ制約手段は、
前記差分絶対値和SADに基づいて、フレーム基本発生情報量を推定するフレーム基本発生情報量推定手段と、
第1のGOPの先頭フレーム符号化直後時点からみて、第2のGOPの先頭フレーム符号化直前時点までの仮想受信バッファのバッファ占有遷移が、オーバフロー限界及びアンダーフロー限界の中心となるように、ビットレートから得られるフレームあたりの平均発生情報量に対する、フレームの発生情報量の割合であるスケーリング係数を出力する情報量補正手段と、
前記推定された基本発生情報量に前記スケーリング係数を乗じてフレーム目標発生情報量を出力する乗算手段と
を有することを特徴とする請求項1に記載の画像圧縮符号化装置。 - 前記情報量補正手段は、GOP単位で行うものであって、前記バッファにおける前記符号化データの占有量が低く遷移している場合、小さいの値のスケーリング係数を出力し、前記符号化データの占有量が高く遷移している場合、大きい値のスケーリング係数を出力するように動作することを特徴とする請求項2又は3に記載の画像圧縮符号化装置。
- 前記フレーム基本発生情報量推定手段は、前記差分絶対値和SAD及び固定量子化パラメータQPに基づいて発生情報量を推定する関数f又は推定値を予め蓄積していることを特徴とする請求項2に記載の画像圧縮符号化装置。
- 前記バッファ制約手段は、前記乗算手段から出力された前記フレーム目標発生情報量に対して、前記バッファのオーバフロー限界又はアンダー限界に達しないようにクリップするクリップ手段を更に有することを特徴とする請求項2から4のいずれか1項に記載の画像圧縮符号化装置。
- 前記量子化パラメータ制御手段は、
前記フレーム目標発生情報量に基づいてマクロブロック目標発生情報量を出力するマクロブロック目標発生情報量決定手段と、
実発生情報量における当該マクロブロック直前までの情報量の和と、目標発生情報量における当該マクロブロック直前までの情報量の和と、当該マクロブロック直前までの量子化パラメータの平均値とから当該マクロブロックの量子化パラメータを算出し、前記量子化手段へ出力する量子化パラメータ算出手段と
を有することを特徴とする請求項1に記載の画像圧縮符号化装置。
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