JP2014011493A

JP2014011493A - 量子化制御装置

Info

Publication number: JP2014011493A
Application number: JP2012144460A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Yano; 豊矢野; Katsuyuki Ozaki; 克之尾崎; Takeo Homma; 健郎本間; Taku Sano; 卓佐野; Kazuto Kamikura; 一人上倉; Mitsuro Ikeda; 充郎池田
Original assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: NTT Electronics Corp; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-27
Also published as: JP5626272B2

Abstract

【課題】映像の符号化劣化を低下することができる量子化制御装置を得る。
【解決手段】映像信号の特徴に応じて複数の量子化マトリクスから１つを決定する。符号化済みの映像信号の発生符号量と量子化パラメータの積を複雑さ指標として計算する。決定した量子化マトリクスの関数である補正率を複雑さ指標に乗じて補正済み複雑さ指標を計算する。発生符号量と補正済み複雑さ指標から目標とする目標符号量を計算する。映像信号を符号化した際の発生符号量が目標符号量に収まるように量子化パラメータを決定する。補正率は、複数の量子化マトリクスをそれぞれ用いて同じ映像信号を符号化した場合の複雑さ指標のばらつきに比べて、それぞれの場合の補正済み複雑さ指標のばらつきが小さくなるように設定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、映像信号を符号化する際の量子化パラメータを制御する量子化制御装置に関する。

映像符号化における量子化制御とは、符号化によって発生する発生符号量がある時間幅において所定の符号化ビットレート（目標符号量）に収まるように、量子化で用いる量子化パラメータを制御することを言う。この量子化制御方法として、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式で規定されたテストモデル（Test Model）と呼ばれる方法が一般に使用されている（例えば、非特許文献１参照）。

テストモデルでは、圧縮する前のおおよそのデータ量を推し量るために、画像の複雑さ指標というパラメータを使用する。複雑さ指標は、発生符号量と量子化パラメータの積で表され、符号化の難易度が高い映像では大きくなり、符号化の難易度が低い映像では小さくなる。

ISO/IEC JTC1/SC29/WG11/NO400 (1993), "Test Model 5"

映像符号化において量子化とは、データを間引く処理であり、量子化マトリクスと量子化パラメータの積でデータを割り算して小数点以下を切り捨てる処理である。従って、符号化した際の圧縮率は量子化パラメータと量子化マトリクスの積で決まる。

しかし、従来は量子化パラメータを圧縮率と見立て、符号化前の画像について目標符号量を求める際に量子化マトリクスを考慮しない複雑さ指標を用いていた。そして、量子化マトリクスは映像の特徴に応じて選択される。このため、複雑さ指標を算出した符号化済みのフレームで用いた量子化マトリクスと、これから符号化するフレームで用いる量子化マトリクスとが異なる場合、その複雑さ指標から算出した目標符号量に基づいて符号化を行うと符号化劣化が生じる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は映像の符号化劣化を低下することができる量子化制御装置を得るものである。

本発明に係る量子化制御装置は、映像信号を符号化する際の量子化パラメータを制御する量子化制御装置において、前記映像信号の特徴に応じて複数の量子化マトリクスから１つを決定する量子化マトリクス決定部と、符号化済みの映像信号の発生符号量と量子化パラメータの積を複雑さ指標として計算する複雑さ指標計算部と、決定した前記量子化マトリクスの関数である補正率を前記複雑さ指標に乗じて補正済み複雑さ指標を計算する複雑さ指標補正部と、前記発生符号量と前記補正済み複雑さ指標から目標とする目標符号量を計算する目標符号量計算部と、前記映像信号を符号化した際の発生符号量が前記目標符号量に収まるように量子化パラメータを決定する量子化パラメータ決定部とを備え、前記補正率は、前記複数の量子化マトリクスをそれぞれ用いて同じ映像信号を符号化した場合の前記複雑さ指標のばらつきに比べて、それぞれの場合の前記補正済み複雑さ指標のばらつきが小さくなるように設定されることを特徴とする。

本発明により、映像の符号化劣化を低下することができる。

本発明の実施の形態に係る映像符号化装置を示すブロック図である。補正なしの複雑さ指標を示す図である。補正済み複雑さ指標を示す図である。補正なしと補正ありの複雑さ指標を重ねた図である。目標符号量を示す図である。

図１は、本発明の実施の形態に係る映像符号化装置を示すブロック図である。この
映像符号化装置はＭＰＥＧエンコーダであり、映像信号を符号化する際の量子化パラメータを制御する量子化制御装置を含む。

フレーム順番変更部１は、入力した映像信号をフレーム（コマ）単位で区切り、符号化する順番に並び替える。動き検出部２は、映像信号の動きベクトルを検出する。

直交変換部３は、映像信号と予測映像の差分を画素成分から周波数成分に変換する。量子化部４は、量子化マトリクスと量子化パラメータの積で映像信号の周波数成分を割り算して小数点以下を切り捨てる。可変長符号化５は、量子化結果を様々な長さの符号に置き換える。

マルチプレクサ６は、可変長符号化の結果と動きベクトル等のヘッダ情報を１つの信号にまとめる。バッファメモリ７は、マルチプレクサ６の出力信号を蓄積し、映像ストリームとして出力する。

逆量子化部８は、量子化結果に量子化マトリクスと量子化パラメータの積を乗算する逆量子化を行う。逆直交変換部９は、逆量子化結果を画素成分に変換する逆直交変換を行う。フレーム蓄積及び予測部１０は、逆直交変換結果と予測映像の和を蓄積し、この蓄積したデータと動きベクトルから予測映像を作成する。

量子化マトリクス決定部１１は、映像信号の特徴に応じて複数の量子化マトリクスから１つを決定する。発生符号量計算部１２は、バッファメモリ７が蓄積した信号からフレーム単位の発生符号量Ｇを計算する。複雑さ指標計算部１３は、符号化済みの映像信号の発生符号量Ｇと量子化パラメータＱｐの積を複雑さ指標Ｘとして計算する（Ｘ＝Ｇ＊Ｑｐ）。

複雑さ指標補正部１４は、決定した量子化マトリクスの関数である補正率Ｓを複雑さ指標Ｘに乗じて補正済み複雑さ指標Ｘ´を計算する（Ｘ´＝Ｘ＊Ｓ）。目標符号量計算部１５は、発生符号量Ｇと補正済み複雑さ指標Ｘ´からフレーム単位で目標とする目標符号量を計算する。量子化パラメータ決定部１６は、映像信号を符号化した際の発生符号量が目標符号量に収まるように量子化パラメータを決定する。

補正率Ｓは、複数の量子化マトリクスをそれぞれ用いて同じ映像信号を符号化した場合の複雑さ指標Ｘのばらつきに比べて、それぞれの場合の補正済み複雑さ指標Ｘ´のばらつきが小さくなるように設定される。

具体的には、補正率Ｓは以下の数式により表される。
Ｓ＝Ａ＊ｌｏｇ（Ｖ）＋Ｂ
ここで、Ｖは符号化ビットレートであり、Ａ，Ｂは量子化マトリクス毎に設定される定数である。

図２は、補正なしの複雑さ指標を示す図である。図３は、補正済み複雑さ指標を示す図である。図２，３では、一例として、基準の量子化マトリクスに加え、量子化マトリクス１から量子化マトリクス３の３通りの量子化マトリクスを用いている。それぞれの場合のＡ，Ｂの値は以下の値としている。（Ａ，Ｂ）＝（０．１，１．７），（０．２，２．４），（０．４，３．６）。横軸の「フィールド」とは、フレームの奇数行あるいは偶数行だけを抜き出して集約したものであり、２フィールドで１フレームである。補正なしの複雑さ指標は量子化マトリクスに応じて数倍のオーダーでバラつくが、補正済み複雑さ指標は量子化マトリクスに依存しないことが分かる。

図４は、補正なしと補正ありの複雑さ指標を重ねた図である。複雑さ指標が大きい箇所では量子化マトリクスが大きな値となっている。ただし、圧縮率が高く発生符号量が抑えられるため、補正なしの複雑さ指標の変動は量子化マトリクスの変動に比べて小さい。一方、補正した複雑さ指標は、量子化マトリクスの関数である補正率を乗じているため、量子化マトリクスの変動に伴って大きく変動する。

図５は、目標符号量を示す図である。補正なしの場合には、横軸１９６近辺や横軸３６１近辺において目標符号量が不適切に低下する。これに対して、補正ありの場合には、そのような低下を防ぐことができる。

よって、本実施の形態のように複雑さ指標を量子化マトリクスで補正した補正済み複雑さ指標を用いて量子化パラメータを制御することにより、映像の符号化劣化を低下することができる。

本発明は、２パス符号化装置等の符号化を複数回実施する装置においても適用することができる。

１１量子化マトリクス決定部
１３複雑さ指標計算部
１４複雑さ指標補正部
１５目標符号量計算部
１６量子化パラメータ決定部

Claims

映像信号を符号化する際の量子化パラメータを制御する量子化制御装置において、
前記映像信号の特徴に応じて複数の量子化マトリクスから１つを決定する量子化マトリクス決定部と、
符号化済みの映像信号の発生符号量と量子化パラメータの積を複雑さ指標として計算する複雑さ指標計算部と、
決定した前記量子化マトリクスの関数である補正率を前記複雑さ指標に乗じて補正済み複雑さ指標を計算する複雑さ指標補正部と、
前記発生符号量と前記補正済み複雑さ指標から目標とする目標符号量を計算する目標符号量計算部と、
前記映像信号を符号化した際の発生符号量が前記目標符号量に収まるように量子化パラメータを決定する量子化パラメータ決定部とを備え、
前記補正率は、前記複数の量子化マトリクスをそれぞれ用いて同じ映像信号を符号化した場合の前記複雑さ指標のばらつきに比べて、それぞれの場合の前記補正済み複雑さ指標のばらつきが小さくなるように設定されることを特徴とする量子化制御装置。