JP2008182408A - 動画像符号化装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シーンチェンジが発生した場合においても適切な割り当て符号量を設定して画質の向上を図ることができる動画像符号化装置及び方法を提供する。
【解決手段】シーンチェンジが発生した場合にそのシーンチェンジの画像以降の画像についての符号化パラメータのデータに基づいてグループ複雑度を算出し、グループ複雑度に応じて割り当て符号量を指定し、割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する。
【選択図】図2
【解決手段】シーンチェンジが発生した場合にそのシーンチェンジの画像以降の画像についての符号化パラメータのデータに基づいてグループ複雑度を算出し、グループ複雑度に応じて割り当て符号量を指定し、割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する。
【選択図】図2
Description
本発明は、動画像の画像データを符号化する動画像符号化装置及び方法に関する。
動画像の画像データを符号化する動画像符号化装置として、MPEG方式の符号化後の発生符号量及び量子化スケールに応じて符号化の複雑度(難易度)を算出してその複雑度に応じて次の符号化の目標符号量(割り当て符号量)を定める装置が公知である(特許文献1参照)。
かかる従来の動画像符号化装置においては、画像内容が大きく変化するシーンチェンジが発生した場合にはその前後で画像の実際の複雑度が変化する故、過去の発生符号量及び量子化スケールを用いて複雑度の算出を行い、その複雑度に応じて次の符号化の目標符号量を定めることは適当でないため、複雑度を初期値にリセットしてリセット後の複雑度に応じて次の符号化の目標符号量が定められている。
特開2005−45736号公報
しかしながら、かかる従来の動画像符号化装置においては、シーンチェンジが発生した場合には上記のように、複雑度を初期値にリセットしてしまい、画像の複雑度に無関係に次の符号化の割り当て符号量が、予め定められた一定の符号量となるので、その後において適切な複雑度が算出されるまでにおいては画像に最適な符号化動作が行われず、符号化画像データによる復号再生画像の画質を劣化させてしまうことがあるという問題点があった。例えば、複雑度が低い画像にシーンチェンジされた場合に一定の符号量が割り当て符号量として設定されると、過多な符号量となり、逆に複雑度が高い画像にシーンチェンジされた場合に過小な符号量となるので、画質を劣化させてしまう。
そこで、本発明が解決しようとする課題には、上記の欠点が一例として挙げられ、シーンチェンジが発生した場合においても適切な割り当て符号量を設定して画質の向上を図ることができる動画像符号化装置及び方法並びにプログラムを提供することが本発明の目的である。
請求項1に係る発明の動画像符号化装置は、1つのイントラピクチャを含む所定数の連続画像を1グループとする処理単位で割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する符号化手段と、前記符号化手段によって符号化されたグループの前記画像データが示す各画像についての符号化パラメータのデータに応じて前記処理単位に対するグループ複雑度を算出する複雑度算出手段と、前記グループ複雑度に応じて前記割り当て符号量を前記符号化手段に対して指定する割り当て符号量指定手段と、前記画像データが示す複数の画像のうちのシーンチェンジの画像を検出するシーンチェンジ検出手段と、を備えた動画像符号化装置であって、前記複雑度算出手段は、前記シーンチェンジ検出手段によって検出されたシーンチェンジの画像以降の画像についての前記符号化パラメータのデータに基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴としている。
請求項6に係る発明の動画像符号化方法は、1つのイントラピクチャを含む所定数の連続画像を1グループとする処理単位で割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する符号化ステップと、前記符号化ステップにおいて符号化されたグループの前記画像データが示す各画像についての符号化パラメータのデータに応じて前記処理単位に対するグループ複雑度を算出する複雑度算出ステップと、前記グループ複雑度に応じて前記割り当て符号量を前記符号化ステップに対して指定する割り当て符号量指定ステップと、前記画像データが示す複数の画像のうちのシーンチェンジの画像を検出するシーンチェンジ検出ステップと、を備えた動画像符号化方法であって、前記複雑度算出ステップは、前記シーンチェンジ検出ステップにおいて検出されたシーンチェンジの画像以降の画像についての前記符号化パラメータのデータに基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴としている。
請求項7に係る発明のプログラムは、動画像符号化方法を実行するコンピュータ読取可能なプログラムであって、1つのイントラピクチャを含む所定数の連続画像を1グループとする処理単位で割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する符号化ステップと、前記符号化ステップにおいて符号化されたグループの前記画像データが示す各画像についての符号化パラメータのデータに応じて前記処理単位に対するグループ複雑度を算出する複雑度算出ステップと、前記グループ複雑度に応じて前記割り当て符号量を前記符号化ステップに対して指定する割り当て符号量指定ステップと、前記画像データが示す複数の画像のうちのシーンチェンジの画像を検出するシーンチェンジ検出ステップと、を備え、前記複雑度算出ステップは、前記シーンチェンジ検出ステップにおいて検出されたシーンチェンジの画像以降の画像についての前記符号化パラメータのデータに基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴としている。
かかる請求項1に係る発明の動画像符号化装置、請求項6に係る発明の動画像符号化方法及び請求項7に係る発明のプログラムによれば、シーンチェンジが発生した場合にはグループ複雑度がシーンチェンジの画像以降の画像についての符号化パラメータのデータに基づいて設定され、グループ複雑度に対応した割り当て符号量になるように画像データが画像毎に符号化される。よって、複雑度が低い画像にシーンチェンジされた場合には過多な符号量への符号化が防止され、逆に複雑度が高い画像にシーンチェンジされた場合に過小な符号量への符号化が防止され、適切な符号化が行われるので、その符号化画像データによる復号再生画像の画質の向上を図ることができる。
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。
図1は、本発明による動画像符号化装置の構成を示している。この動画像符号化装置は、符号化部1と符号化制御部2とから構成される。
符号化部1は、演算器11、DCT変換器12、量子化器13、可変長符号化器14、バッファ15、逆量子化器16、逆DCT変換器17、演算器18、フレームメモリ19、動き補償器20及び動きベクトル検出器21からなり、MPEG2規格準拠の符号化を行う。
演算器11は、入力された画像データからマクロブロック毎に、動き補償器20により動き補償された予測画像データを減算し、その差分データをDCT変換器12に出力する。マクロブロックとは画像データを例えば、16画素×16画素に分割して得られた各ブロックである。なお、入力画像データのマクロブロック化の処理ブロックは図1には示していない。DCT変換器12は演算器11の出力データを2次元離散コサイン変換を行う。量子化器13は、DCT変換後の画像データを後述する割り当て符号量に対応した量子化係数を用いて量子化して量子化データを生成し、それを可変長符号化器14及び逆量子化器16に出力する。可変長符号化器14は、量子化器13から供給された量子化データと、動きベクトル検出器21から供給された動きベクトルを可変長符号化してそれを符号化データとしてバッファ15を介して出力する。
逆量子化器16は、量子化器13より入力された量子化データを逆量子化し、逆DCT変換器17に出力する。逆DCT変換器17は逆量子化後のデータを逆DCT変換して演算器18に供給する。演算器18は、動き補償器20により動き補償された予測画像データと逆DCT変換器17より入力された誤差分データとを加算して元の画像データに変換し、その変換した画像データをフレームメモリ19に供給して記憶させる。
動きベクトル検出器21は、フレームメモリ19から読み出された画像データを参照して入力された画像データの動きベクトルを検出し、その動きベクトルを可変長符号化器14及び動き補償器20に出力する。動き補償器20は、フレームメモリ19から読み出された画像データを、動きベクトルに対応して動き補償して予測画像データを生成する。
符号化制御部2は、複雑度算出部26、シーンチェンジ検出部27及び割り当て符号量算出部28を備えている。
複雑度算出部26には量子化器13の量子化で用いられる量子化係数と、また可変長符号化器14によって生成される符号化データの生成ビット量とが符号化パラメータのデータとして供給される。複雑度算出部26は量子化係数と生成ビット量とに応じてピクチャ(画像)単位のピクチャ複雑度及びGOP単位のグループ複雑度を算出する。シーンチェンジ検出部27は複雑度算出部26から供給される1ピクチャの複雑度に応じてピクチャがシーンチェンジであるか否かの判別を行う。シーンチェンジ検出部27によるシーンチェンジの判別結果は複雑度算出部26及び割り当て符号量算出部28に供給される。割り当て符号量算出部28にはシーンチェンジの判別結果の他に、複雑度算出部26からGOP単位の複雑度がデータとして供給される。GOPはGroup Of Pictureの略である。入力されたフレーム単位の画像データは符号化部1ではイントラピクチャ(Iピクチャ)、インターピクチャ(Pピクチャ)及びバイディレクショナルピクチャ(Bピクチャ)のいずれか1のピクチャとしての符号化され、Iピクチャの発生から次のIピクチャの発生前までが1GOPである。割り当て符号量算出部28はシーンチェンジの判別結果及びGOP単位の複雑度に応じて次のGOPの割り当て符号量を決定し、それを符号化制御情報として量子化器13に供給する。シーンチェンジの判別結果については割り当て符号量算出部28においてはシーンチェンジが発生した場合にそれに応じて複雑度が急激に変化しても割り当て符号量を急激に変化させない等の制御に用いられる。
次に、かかる構成の動画像符号化装置の動作について図2及び図3に示した複雑度算出部26の動作フローチャートを参照しつつ説明する。なお、この説明においては各GOPは先頭にIピクチャ、その後に6つのPピクチャが続くグループであるとする。GOPはGOP(0),GOP(1),……,GOP(n-5),GOP(n-4),GOP(n-3),GOP(n-2),GOP(n-1),GOP(n),GOP(n+1)の順に続き、GOP(n)が現ピクチャのGOPであるとする。
複雑度算出部26は、現ピクチャについて量子化器13からの量子化係数と可変長符号化器14からの生成ビット量が供給されると、ピクチャの複雑度を算出する(ステップS1)。その複雑度は、次式(1)によって表される。
複雑度=量子化係数×生成ビット量 ……(1)
ピクチャの複雑度はシーンチェンジ検出部27に供給され、シーンチェンジ検出部27はピクチャの複雑度の今回値がその前回値から所定値以上の変化をしている場合に、今回のピクチャをシーチェンジのピクチャであると判別し、所定値に満たない変化である場合には、シーチェンジのピクチャではないと判別する。そのシーンチェンジの判別結果は複雑度算出部26及び割り当て符号量算出部28に供給される。
複雑度=量子化係数×生成ビット量 ……(1)
ピクチャの複雑度はシーンチェンジ検出部27に供給され、シーンチェンジ検出部27はピクチャの複雑度の今回値がその前回値から所定値以上の変化をしている場合に、今回のピクチャをシーチェンジのピクチャであると判別し、所定値に満たない変化である場合には、シーチェンジのピクチャではないと判別する。そのシーンチェンジの判別結果は複雑度算出部26及び割り当て符号量算出部28に供給される。
複雑度算出部26は、GOP(n)の現ピクチャのシーンチェンジの判別結果を受けると、現ピクチャがGOP(n)の先頭のピクチャであるか否かを判別する(ステップS2)。すなわち、Iピクチャであるか否かを判別する。GOP(n)の先頭のピクチャであるならば、シーンチェンジがGOP(n-5)〜GOP(n-1)の間で発生したか否かを判別する(ステップS3)。GOP(n-5)〜GOP(n-1)の間でのシーンチェンジが発生していない場合には、GOP(n-5)〜GOP(n-1)のピクチャ情報を利用してIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)及びPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)を算出する(ステップS4)。ステップS4で算出した平均複雑度I_cmp_ave(n)及びP_cmp_ave(n)を用いてGOPの複雑度D(n)を算出する(ステップS5)。ピクチャ情報とは式(1)に示されたピクチャ複雑度である。
GOP(n-5)〜GOP(n-1)の間でのシーンチェンジが発生している場合には、シーンチェンジがGOP(n-5)〜GOP(n-2)の間で発生したか否かを判別する(ステップS6)。シーンチェンジがGOP(n-5)〜GOP(n-2)の間で発生した場合には、更に、Iピクチャでシーンチェンジが発生したか否かを判別する(ステップS7)。GOP(n-5)〜GOP(n-2)の間でIピクチャでシーンチェンジが発生した場合には、シーンチェンジのGOP以降のピクチャ情報を利用してIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)及びPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)を算出する(ステップS8)。ステップS8で算出した平均複雑度I_cmp_ave(n)及びP_cmp_ave(n)を用いてステップS5に進んでGOPの複雑度D(n)を算出する。
GOP(n-5)〜GOP(n-2)の間でIピクチャでなくPピクチャでシーンチェンジが発生した場合には、シーンチェンジのPピクチャの次のピクチャ以降のピクチャ情報を利用してIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)及びPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)を算出する(ステップS9)。ステップS9で算出した平均複雑度I_cmp_ave(n)及びP_cmp_ave(n)を用いてステップS5に進んでGOPの複雑度D(n)を算出する。
ステップS6においてシーンチェンジがGOP(n-5)〜GOP(n-2)の間で発生していないと判別した場合、すなわちシーンチェンジがGOP(n-1)で発生した場合には、Iピクチャでシーンチェンジが発生したか否かを判別する(ステップS10)。GOP(n-1)のIピクチャでシーンチェンジが発生した場合には、GOP(n-1)のピクチャ情報を利用してIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)=I_cmp(n-1)及びPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)を算出する(ステップS11)。GOP(n-1)のIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)はIピクチャの複雑度I_cmp(n-1)である。ステップS11で算出した平均複雑度I_cmp_ave(n)及びP_cmp_ave(n)を用いてステップS5に進んでGOPの複雑度D(n)を算出する。
GOP(n-1)のPピクチャでシーンチェンジが発生した場合には、更に、GOP(n-1)のPピクチャのうちの最後のPピクチャでシーンチェンジが発生したか否かを判別する(ステップS12)。GOP(n-1)の最後のPピクチャ以外のPピクチャでシーンチェンジが発生した場合には、Iピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)を初期値1.0に等しくさせ、GOP(n-1)のシーンチェンジ以降のPピクチャ情報を利用してPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)を算出する(ステップS13)。GOP(n-1)の最後のPピクチャでシーンチェンジが発生した場合には、Iピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)及びPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)を各々初期値1.0に等しくさせる(ステップS14)。ステップS13又はS14で得られた平均複雑度I_cmp_ave(n)及びP_cmp_ave(n)を用いてステップS5に進んでGOPの複雑度D(n)を算出する。
複雑度D(n)は次式(2)によって算出される。
D(n)=f(i)+g(p) ……(2)
ここで、f(i)及びg(p)は次式(3)によって設定される。
ここで、f(i)及びg(p)は次式(3)によって設定される。
かかる実施例の動画像符号化装置においては、シーンチェンジが発生した場合にはそのシーンチェンジが発生したピクチャがIピクチャであるならば、そのIピクチャ以降のIピクチャの情報を含んでIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)が算出され、シーンチェンジが発生したピクチャがPピクチャであるならば、そのPピクチャの次のPピクチャ以降のPピクチャの情報からPピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)が算出され、それらが複雑度D(n)の算出に用いられる。よって、シーンチェンジより前のピクチャの情報が複雑度D(n)の算出に用いられないので、より正確な複雑度D(n)の算出が可能となり、GOP(n+1)の割り当て符号量を正確に決定することができる。この結果、符号化が適切に行われるので、復号再生した場合に動画像の画質の向上を図ることができる。
なお、上記した実施例においては、GOP(n-1)の最後のPピクチャP(n-1_M)以外のPピクチャP(n-1_m)でシーンチェンジが発生した場合に、Iピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)を式(18)のように初期値に設定しているが、次式(22)で示すように、GOP(n-5)〜GOP(n-1)のPピクチャの平均複雑度の増減率を利用してIピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)を算出しても良い。
また、上記した実施例においては、複雑度D(n)の算出に用いられるf(i)及びg(p)は式(3)の算出方法に限らず、例えば、次式(23)のように算出することができる。その式(3)及び(23)中のall_I_cmp_ave(n)及びall_P_cmp_ave(n)の各々は固定値でも良い。
また、上記した実施例においては、Iピクチャの平均複雑度I_cmp_ave(n)及びPピクチャの平均複雑度P_cmp_ave(n)の算出に過去の5つのGOP(n-5)〜GOP(n-1)を用いているが、本発明ではこれに限定されず、過去のGOPの数jとして5以外の2以上の整数値を用いてGOP(n-j)〜GOP(n-1)についてIピクチャ及びPピクチャの平均複雑度を算出しても良い。
更に、シーンチェンジ検出部27はピクチャの複雑度からシーンチェンジの画像を検出しているが、本発明はこれに限定されず、例えば、画像の輝度変化によるシーンチェンジ検出方法を用いることができる。
以上のように、本発明によれば、シーンチェンジが発生した場合には複雑度D(n)がシーンチェンジの画像以降の画像についての符号化パラメータのデータに基づいて設定されるので、複雑度D(n)にはシーンチェンジ前の画像の複雑度がほとんど反映されない。よって、そのような複雑度D(n)に対応した割り当て符号量になるように画像データが画像毎に符号化されるので、その符号化画像データによる再生画像の画質の向上を図ることができる。
本発明はDVD/HDDレコーダ等の画像の符号化機能を備えた製品に適用可能である。また、本発明はコンピュータが符号化プログラムを実行することより上記した図2及び図3にフローチャートとして示した如き複雑度算出動作を行うようにしても良い。
1 符号化部
2 符号化制御部
13 量子化器
14 可変長符号化器
26 複雑度算出部
27 シーンチェンジ検出部
28 割り当て符号量算出部
2 符号化制御部
13 量子化器
14 可変長符号化器
26 複雑度算出部
27 シーンチェンジ検出部
28 割り当て符号量算出部
Claims (7)
- 1つのイントラピクチャを含む所定数の連続画像を1グループとする処理単位で割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する符号化手段と、
前記符号化手段によって符号化されたグループの前記画像データが示す各画像についての符号化パラメータのデータに応じて前記処理単位に対するグループ複雑度を算出する複雑度算出手段と、
前記グループ複雑度に応じて前記割り当て符号量を前記符号化手段に対して指定する割り当て符号量指定手段と、
前記画像データが示す複数の画像のうちのシーンチェンジの画像を検出するシーンチェンジ検出手段と、を備えた動画像符号化装置であって、
前記複雑度算出手段は、前記シーンチェンジ検出手段によって検出されたシーンチェンジの画像以降の画像についての前記符号化パラメータのデータに基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴とする動画像符号化装置。 - 前記符号化手段は、前記画像データを前記割り当て符号量に対応した量子化係数に応じて量子化して量子化データを生成する量子化器と、前記量子化データを可変長符号化して前記符号化データを生成する可変長符号化器と、を備え、
前記符号化パラメータは、前記量子化係数と前記符号化データの生成ビット量とであることを特徴とする請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記複雑度算出手段は、前記符号化パラメータのデータに応じて画像毎のピクチャ複雑度を算出し、
前記シーンチェンジ検出手段は前記ピクチャ複雑度に応じて画像のシーンチェンジを検出することを特徴とする請求項1記載の動画像符号化装置。 - 前記複雑度算出手段は、前記シーンチェンジの画像がイントラピクチャであるときにはそのイントラピクチャ以降の各画像のピクチャ複雑度の平均値に基づいて前記グループ複雑度を算出し、前記シーンチェンジの画像がインターピクチャであるときにはそのインターピクチャの次の画像以降の各画像のピクチャ複雑度の平均値に基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴とする請求項1又は3記載の動画像符号化装置。
- 前記画像データがグループGOP(0),GOP(1),……,GOP(n-5),GOP(n-4),GOP(n-3),GOP(n-2),GOP(n-1),GOP(n),GOP(n+1)の順に前記符号化手段によって符号化されるとし、現符号化中のグループをGOP(n)とした場合に、そのGOP(n)より過去のj(jは2以上の整数値)個のGOP(n-j)〜GOP(n-1)のイントラピクチャの前記ピクチャ複雑度の平均値をI_cmp_ave(n)、GOP(0)〜GOP(n)のイントラピクチャの前記ピクチャ複雑度の平均値をall_I_cmp_ave(n)、GOP(n-j)〜GOP(n-1)のインターピクチャの前記ピクチャ複雑度の平均値をP_cmp_ave(n)、GOP(0)〜GOP(n)のイントラピクチャの前記ピクチャ複雑度の平均値をall_P_cmp_ave(n)とすると、前記グループ複雑度は、
I_cmp_ave(n)/all_I_cmp_ave(n)+P_cmp_ave(n)/all_P_cmp_ave(n)
で表されることを特徴とする請求項1又は3記載の動画像符号化装置。 - 1つのイントラピクチャを含む所定数の連続画像を1グループとする処理単位で割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する符号化ステップと、
前記符号化ステップにおいて符号化されたグループの前記画像データが示す各画像についての符号化パラメータのデータに応じて前記処理単位に対するグループ複雑度を算出する複雑度算出ステップと、
前記グループ複雑度に応じて前記割り当て符号量を前記符号化ステップに対して指定する割り当て符号量指定ステップと、
前記画像データが示す複数の画像のうちのシーンチェンジの画像を検出するシーンチェンジ検出ステップと、を備えた動画像符号化方法であって、
前記複雑度算出ステップは、前記シーンチェンジ検出ステップにおいて検出されたシーンチェンジの画像以降の画像についての前記符号化パラメータのデータに基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴とする動画像符号化方法。 - 動画像符号化方法を実行するコンピュータ読取可能なプログラムであって、
1つのイントラピクチャを含む所定数の連続画像を1グループとする処理単位で割り当て符号量になるように画像データを画像毎に符号化して符号化データを生成する符号化ステップと、
前記符号化ステップにおいて符号化されたグループの前記画像データが示す各画像についての符号化パラメータのデータに応じて前記処理単位に対するグループ複雑度を算出する複雑度算出ステップと、
前記グループ複雑度に応じて前記割り当て符号量を前記符号化ステップに対して指定する割り当て符号量指定ステップと、
前記画像データが示す複数の画像のうちのシーンチェンジの画像を検出するシーンチェンジ検出ステップと、を備え、
前記複雑度算出ステップは、前記シーンチェンジ検出ステップにおいて検出されたシーンチェンジの画像以降の画像についての前記符号化パラメータのデータに基づいて前記グループ複雑度を算出することを特徴とするプログラム。
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