JP3004767B2 - 動画像符号化装置 - Google Patents
動画像符号化装置Info
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Description
にその動画像符号化において符号化レートを制御する動
画像符号化伝送レート制御方式に関するものである。
のような文献に記載されるものがあった。1990年画
像符号化シンポジウム(PCSJ90)、(1990−
10)滝島・和田著“パケットビデオ符号化におけるレ
ート制御方式”P.239−242前記文献にも記載さ
れているように、次世代ネットワークとして期待されて
いるB−ISDNの交換伝送方式として、非同期転送モ
ード網(ATM網)を利用した動画像パケット通信方式
が注目されている。パケット通信方式は、符号化された
音声・画像をパケット(セル)にまとめ、行き先及び内
容の種別を示したヘッダを付与してATM網上でセルの
送受信を行うことにより、大容量の通信を行うものであ
る。大容量・非同期の特徴を生かして、画像符号化を可
変レートで行うことにより、高品質画像通信が可能にな
る。ところが、セルの総数がATM網の処理能力を上回
ると、あふれたセルが廃棄されてしまう。そこで、前記
文献の技術では、ネットワーク管理、料金設定、サービ
ス提供の面を考慮して、可変レート動画像符号化器から
発生する符号量(符号化レート)を制御するようにして
いる。以下、その構成を図2を用いて説明する。
能付きの動画像符号化装置の構成ブロック図である。こ
の動画像符号化装置は、画像信号を入力する入力端子1
を有し、その入力端子1には、加算器2、離散コサイン
変換器(以下、DCT変換器という)3、及び量子化器
4が接続されている。量子化器4の出力側には、逆量子
化器5、DCT逆変換器6、及び加算器7が接続され、
その加算器7に、フレームメモリ8及び動きベクトル検
出器9が接続されている。また、量子化器4には、レー
ト制御回路10及び可変長符号化器11が接続され、そ
れらに出力端子12が接続されている。
画像信号1フレームが入力されると、動きベクトル検出
器9が、フレームメモリ8の画像信号と入力信号でブロ
ックマッチングを行って動きベクトルを求め、その動き
ベクトルを出力端子12から出力する。加算器2は、入
力画像信号から、動きベクトルを考慮した予測信号S8
を差し引いて残差信号S2を求める。残差信号S2は、
DCT変換器3で変換され、得られたDCT係数S3
が、レート制御回路10から与えられるステップサイズ
に基づき量子化器4で量子化される。量子化された係数
S4は、可変長符号化器11により、ハフマン符号やラ
ンレングス符号等で可変長符号化され、その可変長符号
S11が出力端子12から出力される。逆量子化器5
は、レート制御回路10から与えられるステップサイズ
に基づき、符号を逆量子化して量子化DCT係数S5を
DCT逆変換器6へ出力する。DCT逆変換器6は、量
子化DCT係数S5を残差信号S6に逆変換する。残差
信号S6は、先に差し引かれた予測信号S8を加算器7
で加えられ、局部復号化信号S7となり、その局部復号
化信号S7が、次のフレームの予測信号S8としてフレ
ームメモリ8に格納される。
する。レート制御回路10は、出力端子12から出力さ
れる1フレーム当りの符号量を監視して、符号化するフ
レームIn の量子化器4,5のステップサイズQn を次
式(1)のように決定する。 △Q=a(In-1 −Ifc) Qn =Qn-1 +△Q ・・・(1) 但し、 △Q ;Qの増分値 a ;感度係数 In-1 ;前フレームの符号量 If ;短期目標情報量=[Io (n−1+N)−ΣIi ]/N i=1〜n−1 (n−1+Nフレームの平均をIo とするための目標情報量) Ifc ;If の補正値=kIo +(1−k)If (k<0) Io ;フレーム当りの目標符号化情報量 N ;レート収束パラメータ この(1)式で求めた量子化器4,5のステップサイズ
Qn で量子化を行うと、平均符号化レートがIo に収束
する。なお、Qn も出力端子12から出力される。
動画像符号化装置における動画像符号化伝送レート制御
方式では、符号化しようとするフレームIn の情報量を
推定して量子化ステップサイズQn を推定するに当っ
て、過去のフレームの符号量In-1 の単純な線形和を用
いている。そのため、情報量の推定があまり正確でない
という問題があり、それを解決することが困難であっ
た。本発明は、前記従来技術が持っていた課題として、
動画像符号化伝送レート制御方式において情報量の推定
精度が低いという点について解決した動画像符号化装置
を提供するものである。
に、本発明のうちの第1の発明は、画像信号を所定の符
号化パラメータで符号化する符号化器と、前記符号化器
から出力される符号化レートを線形予測分析し、符号化
しようとする前記画像信号の情報量を予測して該符号化
器に与える前記符号化パラメータを決定し、該符号化レ
ートを制御する レート制御回路とを、備えた動画像符号
化装置であって、前記レート制御回路は、過去のフレー
ムの情報量を分析し、所定の方程式に基づきその過去の
フレームの情報量の重付け係数を算出する重付け係数算
出手段と、前記重付け係数を用いて符号化しようとする
フレームの推定符号量を算出する推定符号量算出手段
と、前記推定符号量から符号化しようとするフレームの
前記符号化パラメータを制御する符号化パラメータ制御
手段とを、備えている。第2の発明は、画像信号が複数
帯域に分けられてそれぞれ与えられ、各帯域の画像を、
該各帯域毎に別々の符号化パラメータで符号化する複数
の符号化器と、前記各符号化器から出力される符号化レ
ートを線形予測分析し、符号化しようとする前記画像信
号の情報量を予測して該各符号化器にそれぞれ与える前
記符号化パラメータを決定し、該符号化レートを制御す
るレート制御回路とを、備えた動画像符号化装置であっ
て、前記レート制御回路は、過去のフレームの情報量を
分析し、所定の方程式に基づきその過去のフレームの情
報量の重付け係数を算出する重付け係数算出手段と、前
記重付け係数を用いて符号化しようとするフレームの推
定符号量を算出する推定符号量算出手段と、前記推定符
号量から符号化しようとするフレームの前記符号化パラ
メータを制御する符号化パラメータ制御手段とを、備え
ている。
画像符号化装置を構成したので、重付け係数算出手段に
より、過去のフレームの情報量の重付け係数を算出す
る。この重付け係数を用いて推定符号量算出手段では、
符号化しようとするフレームの推定符号量を算出する。
符号化パラメータ制御手段では、推定符号量から符号化
パラメータを制御する。このように、符号化しようとす
るフレームの符号量を過去のフレームの符号量から線形
予測分析して推定しているので、精度よく符号量の推定
が行える。
・復号化装置の構成ブロック図である。この装置は、動
画像符号化装置100と、それに伝送路180を介して
接続された動画像復号化装置200とで、構成されてい
る。
入力するテレビジョンカメラ(TVカメラ)110を有
し、その出力側には、アナログ/ディジタル変換器(以
下、A/D変換器という)120を介して分析フィルタ
130が接続されている。分析フィルタ130は、A/
D変換器120の出力を複数nの帯域に分割する回路で
あり、その出力側には、複数nの符号化器140−1〜
140−nが接続されている。各符号化器140−1〜
140−nは、符号化パラメータS170に基づき、分
析フィルタ130で帯域分割された各画像信号を符号化
する回路であり、DCTフレーム内符号化、動き補償フ
レーム間符号化+DCT等で構成されている。これらの
符号化器140−1〜140−nの出力側には、多重化
器160が接続され、その出力側に、レート制御回路1
70及び伝送路180が接続されている。多重化器16
0は、符号化器140−1〜140−nの出力を多重化
して伝送路180へ送出すると共に、符号化レートS1
60をレート制御回路170へ出力する回路である。レ
ート制御回路170は、符号化レートS160を入力
し、各符号化器140−1〜140−nの符号化パラメ
ータS170を決定し、符号化レートS160を制御す
る回路である。
からの符号を各帯域の符号に分離すると共に符号化パラ
メータS170を抽出する分離器210を備え、その出
力側には、複数nの復号化器220−1〜220−nを
介して合成フィルタ240が接続されている。各復号化
器220−1〜220−nは、符号化パラメータS17
0に基づき、分離器210で各帯域に分離された符号を
入力し、各帯域の画像信号を再生して合成フィルタ24
0へ出力する回路であり、DCTフレーム内復号化、動
き補償フレーム間復号化+DCT等で構成されている。
合成フィルタ240は、復号化器220−1〜220−
nの出力を合成して1つの再生画像信号を出力する回路
であり、その出力側には、ディジタル/アナログ変換器
(以下、D/A変換器という)250を介して画像モニ
タ260が接続されている。
動作を説明する。動画像符号化装置100において、入
力原画像は、TVカメラ110の撮像管の走査により、
光の濃淡分布を示す電気信号に変換され、A/D変換器
120により、画素として例えば8ビット量子化及び標
本化され、ディジタル画像信号に変換された後、分析フ
ィルタ130へ送られる。分析フィルタ130は、A/
D変換器120から出力されたディジタル画像信号を複
数nに帯域分割し、各帯域の画像信号を符号化器140
−1〜140−nへ送る。各符号化器140−1〜14
0−nでは、レート制御回路170から出力される符号
化パラメータS170に基づき、各帯域毎に別々の符号
化パラメータで各帯域の画像信号を符号化する。この符
号化された信号は、多重化器160により多重化され、
伝送路180へ送り出される。また、多重化器160
は、符号化レートS160をレート制御回路170へ出
力する。レート制御回路170は、符号化レートS16
0を入力し、各符号化器140−1〜140−nの符号
化パラメータS170をそれぞれ決定し、該符号化レー
トS160を制御する。
画像復号化装置200内の分離器210により、各帯域
の符号に分離され、復号化器220−1〜220−nへ
送られる。このとき、分離器210は、送られてきた符
号から符号化パラメータS170を抽出し、それを復号
化器220−1〜220−nへ与える。復号化器220
−1〜220−nは、符号化パラメータS170に基づ
き、各帯域毎に別々の符号化パラメータで各帯域の画像
信号を再生し、合成フィルタ240へ送る。合成フィル
タ240は、複数nの帯域分割画像信号を1つの再生画
像信号として合成する。この再生画像信号は、D/A変
換器250によってアナログ画像信号に変換され、画像
モニタ260で表示される。
1〜140−nの一構成例を示すブロック図である。こ
の符号化器は、動き補償フレーム間予測符号化器で構成
されており、入力画像信号を入力する入力端子141を
有し、それには動きベクトル検出器142を介してフレ
ームメモリ143が接続されている。また、入力端子1
41には、加算器144、DCT変換器145、及び量
子化器146が接続されている。量子化器146には、
逆量子化器147、DCT逆変換器148、及び加算器
149が接続され、その加算器149にフレームメモリ
143、動きベクトル検出器142及び加算器144が
接続されている。また、量子化器146には、可変長符
号化器150を介して出力端子151が接続されてい
る。
ず、入力端子141からの入力画像信号は、動きベクト
ル検出器142により、フレームメモリ143に格納さ
れた1フレーム前の画像信号とマッチングが取られて動
きベクトルが検出され、加算器144により、動きベク
トルを加味した予測信号S143を差し引かれて残差信
号S144となる。残差信号S144は、DCT変換器
145によってDCT変換され、そのDCT係数S14
5が量子化器146へ送られる。量子化器146では、
図1のレート制御回路170から与えられる量子化パラ
メータ、つまり符号化パラメータS170に基づき、D
CT係数S145を量子化する。この量子化係数S14
6は、可変長符号化器150により、ハフマン符号やラ
ンレングス符号等で可変長符号化され、その可変長符号
S150が出力端子151へ出力される。
147へ送られる。逆量子化器147は、符号化パラメ
ータS170に基づき、量子化係数S146を逆量子化
し、その出力変換係数S147をDCT逆変換器148
へ送る。出力変換係数S147は、DCT逆変換器14
8により、DCT逆変換され、その出力信号S148
が、加算器149で先に差し引いた予測信号S143を
加えられ、フレームメモリ143に局部再生画像信号S
149として記憶される。動きベクトル検出器142で
検出された動きベクトルは、出力端子151から出力さ
れる。量子化器146及び逆量子化器147は、レート
制御回路170からの符号化パラメータS170により
制御されるが、この符号化パラメータS170も出力端
子151から出力される。
1〜220−nの一構成例を示すブロック図である。こ
の復号化器は、動き補償フレーム間予測復号化器で構成
され、図3の符号化器で符号化された画像信号を復号化
する回路である。この復号化器は符号入力用の入力端子
221を有し、それには、可変長復号化器222、逆量
子化器223、及びDCT逆変換器224を介して加算
器225が接続されている。加算器225には、フレー
ムメモリ226及び出力端子227が接続されている。
1の伝送路180からの符号は、分離器210によって
動きベクトル及び符号化パラメータS170を分離さ
れ、入力端子221を介して可変長復号化器222で可
変長復号化される。この可変長復号化器222の出力S
222は、符号化パラメータS170に基づいて逆量子
化器223で逆量子化される。逆量子化器223の出力
変換係数S223は、DCT逆変換器224によってD
CT逆変換され、その出力信号S224が、加算器22
5で動きベクトルを加味した予測信号S226を加えら
れ、フレームメモリ226に再生画像信号S225とし
て記憶される。得られた再生画像信号S225は、出力
端子227から出力される。
御回路170の構成及びその動作について説明する。図
5は、図1に示す可変レート動画像符号化装置の符号化
レートS160と信号対雑音比(SNR)の時間変動を
示す図である。
の変動により、SNRが一定に保たれている。レート制
御回路170は、この符号化レート曲線を線形予測分析
し、符号化しようとするフレームの符号量を推定する回
路である。レート制御回路170は、過去のフレームの
情報量を分析し、所定の方程式に基づきその過去のフレ
ームの情報量の重付け係数を算出する重付け係数算出手
段と、前記重付け係数を用いて符号化しようとするフレ
ームの推定符号量を算出する推定符号量算出手段と、前
記推定符号量から符号化しようとするフレームの符号化
パラメータを制御する符号化パラメータ制御手段とを、
備えている。
ームの推定情報量をIwn、iフレームのk次の線形予測
パラメータをαkn、iフレームの情報量の推定誤差をe
n とする。重付け係数算出手段では、次式(2)に基づ
き、en 2 を最小にするαknをK次連立方程式を解いて
求める。 en =In −Iwn=In −Σαkn・In-k (k=1,…,K) ・・・(2) 線形予測パラメータαknが求まると、推定符号量算出手
段では、次式(3)に基づき、推定情報量Iwnを算出す
る。 Iwn=Σαkn・In-k (k=1,…,K) ・・・(3) 次に、符号化パラメータ制御手段では、(3)式の推定
値から、例えば次式(4)に基づき、量子化ステップサ
イズQBnを制御し、情報量を制御する。つまり、推定情
報量QBnから、符号化しようとするフレームの符号化パ
ラメータS170を制御する。 QBn=QBn-1+ΔQB (Iwn≧I0 ) QBn=QBn-1−ΔQB (Iwn<I0 ) ・・・(4) 但し、 QBn:各帯域の量子化ステップサイズ(QBmin<QB <
QBmax) ΔQB :各帯域のステップサイズの増分(ΔQB >0) I0 :目標符号化レート
ームの符号量を過去のフレームの符号量から線形予測分
析して推定しているため、符号量の推定精度がよく、正
確なレート制御が行える。また、この実施例では、分析
フィルタ130によるサブバンド符号化を用いているの
で、人間の視覚特性に応じて符号化歪みを配分し、画像
品質の劣化を極力抑えて符号化レートを精度良く制御で
きる。具体的には、ΔQB を帯域毎に変える。分析
を各帯域で行い、目標符号化レートを帯域毎に設定す
る。といったことで容易に実現可能である。
るサブバンド画像符号化の例について説明したが、種々
の変形が可能である。例えば、図1において、動画像符
号化装置100内の分析フィルタ130及び多重化器1
60を取り除くと共に、動画像復号化装置200内の分
離器210及び合成フィルタ240を取り除き、各1個
の符号化器140−1と復号化器220−1でそれぞれ
実現することも可能である。これにより、簡単な回路構
成で、上記実施例とほぼ同様の作用効果が得られる。
2の発明によれば、重付け係数を算出する重付け係数算
出手段によって過去のフレームの情報量の重付け係数を
算出し、その重付け係数を用い、推定符号量算出手段に
よってフレームの推定符号量を算出し、該推定符号量か
ら符号量パラメータ制御手段によって符号化パラメータ
を制御するようにしている。そのため、符号化しようと
するフレームの符号量を過去のフレームの符号量から、
簡単かつ的確に線形予測分析して推定できる。従って、
正確なレート制御を行うことができる。
置の構成ブロック図である。
る。
を示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 画像信号を所定の符号化パラメータで符
号化する符号化器と、 前記符号化器から出力される符号化レートを線形予測分
析し、符号化しようとする前記画像信号の情報量を予測
して該符号化器に与える前記符号化パラメータを決定
し、該符号化レートを制御するレート制御回路とを、備
えた動画像符号化装置であって、 前記レート制御回路は、過去のフレームの情報量を分析
し、所定の方程式に基づきその過去のフレームの情報量
の重付け係数を算出する重付け係数算出手段と、前記重
付け係数を用いて符号化しようとするフレームの推定符
号量を算出する推定符号量算出手段と、前記推定符号量
から符号化しようとするフレームの前記符号化パラメー
タを制御する符号化パラメータ制御手段とを、備えたこ
とを特徴とする動画像符号化装置。 - 【請求項2】 画像信号が複数帯域に分けられてそれぞ
れ与えられ、各帯域の画像を、該各帯域毎に別々の符号
化パラメータで符号化する複数の符号化器と、 前記各符号化器から出力される符号化レートを線形予測
分析し、符号化しようとする前記画像信号の情報量を予
測して該各符号化器にそれぞれ与える前記符号化パラメ
ータを決定し、該符号化レートを制御するレート制御回
路とを、備えた動画像符号化装置であって、 前記レート制御回路は、過去のフレームの情報量を分析
し、所定の方程式に基づきその過去のフレームの情報量
の重付け係数を算出する重付け係数算出手段と、前記重
付け係数を用いて符号化しようとするフレームの推定符
号量を算出する推定符号量算出手段と、前記推定符号量
から符号化しようとするフレームの前記符号化パラメー
タを制御する符号化パラメータ制御手段とを、備えたこ
とを特徴とする動画像符号化装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12991791A JP3004767B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 動画像符号化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP12991791A JP3004767B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 動画像符号化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04354487A JPH04354487A (ja) | 1992-12-08 |
JP3004767B2 true JP3004767B2 (ja) | 2000-01-31 |
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ID=15021597
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP12991791A Expired - Fee Related JP3004767B2 (ja) | 1991-05-31 | 1991-05-31 | 動画像符号化装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3004767B2 (ja) |
-
1991
- 1991-05-31 JP JP12991791A patent/JP3004767B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
滝嶋康弘、和田正裕,「9−5 パケットビデオ符号化におけるレート制御方式」,画像符号化シンポジウム第5回シンポジウム資料(PCSJ90),平成2年10月,pp.239−242 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH04354487A (ja) | 1992-12-08 |
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