JP3055153B2 - 可変レートビデオ符号化制御方式 - Google Patents

可変レートビデオ符号化制御方式

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JP3055153B2
JP3055153B2 JP19050490A JP19050490A JP3055153B2 JP 3055153 B2 JP3055153 B2 JP 3055153B2 JP 19050490 A JP19050490 A JP 19050490A JP 19050490 A JP19050490 A JP 19050490A JP 3055153 B2 JP3055153 B2 JP 3055153B2
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康弘 滝嶋
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、テレビ会議、テレビ電話、テレビ放送等、
動画像を符号化レートの制約なしに効率的に伝送する可
変ルートビデオ符号化に関する。
(従来の技術) 従来の固定レートのネットワークを用いた動画像符号
化伝送方式においては、画像の複雑さ、動きにより符号
化器の出力が大きく変化するため、符号化出力を一定速
度とするために出力平滑化バッファ等を用いたアンダー
フロー/オーバーフロー対策が必須であった。
しかし、アンダーフロー対策として行う情報を持たな
いスタッフビットの挿入は符号化伝送効率を低下させ、
また、オーバーフロー対策としての非符号化(駒落し)
は、画質、被写体の動きの円滑性を損なうものであり、
いずれも効率的かつ高画質の符号化および伝送の妨げと
なっていた。
こうした欠点を解決するものとして、可変レートネッ
トワーク(ATM網)を用いたビデオ符号化方式(パケッ
トビデオ)が注目されているが、同方式における画質や
レートの制御はいまだ確立されていない。
(発明が解決しようとする課題) 可変レートビデオ符号化はネットワークのレート可変
な特徴を生かし、必要とする画像の性質に合わせて安定
した画質の符号化が可能となる。
しかし、画質に基づくサービスクラスの設定に当たっ
て、これをSN比等の画質評価基準で制御することは、処
理の複雑化に伴い、大規模で処理時間がかかる等の難点
がありリアルタイム処理では無理である。このため簡略
効果的な手段が望まれている。
上述に鑑み本発明は、画像フレームの平均符号化情報
量を制御することにより、安定した画質の供給、および
それに対応したサービスクラスの設定を可能とすること
を目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明によれば、前符号化フレーム情報量(In-1)を
符号化手段から受信し、次に符号化しようとする量子化
ステップサイズ(Qn)を量子化手段へ送信する量子化ス
テップサイズ決定手段を有する可変レートビデオ符号化
制御方式において、量子化ステップサイズ決定手段は、
前符号化フレームの量子化ステップサイズ(Qn-1)と量
子化ステップサイズの増分値(ΔQ)との和から、次に
符号化しようとする量子化ステップサイズ(Qn)を導き
出すものであり、量子化ステップサイズの増分値(Δ
Q)は、n−1フレーム数分の過去の平均符号化情報量
(Iv)と平均目標符号化情報量(Io)との差を、次のN
フレーム数分で補償して、n−1+Nフレームの平均符
号化情報量が平均目標符号化情報量(Io)に近づくよう
に決定されるものである。
また、本発明の他の実施形態によれば、量子化ステッ
プサイズの増分値(ΔQ)は、平均目標符号化情報量
(Io)によるn−1+Nフレーム数分の全情報量と、過
去の平均符号化情報量(Iv)によるn−1フレーム数分
の全情報量との差分をNフレームで割ることにより、N
フレーム数分の次の目標符号化情報量(If)を導き出
し、前符号化フレーム情報量(In-1)と平均目標符号化
情報量(Io)との差分と、平均目標符号化情報量(Io
と次の目標符号化情報量(If)との差分とを加えて求め
られることも好ましい。
更に、本発明の他の実施態様によれば、量子化ステッ
プサイズの増分値(ΔQ)は、平均目標符号化情報量
(Io)によるn−1+Nフレーム数分の全情報量と、過
去の平均符号化情報量(Iv)によるn−1フレーム数分
の全情報量との差分をNフレームで割ることにより、N
フレーム数分の次の目標符号化情報量(If)を導き出
し、前符号化フレーム情報量(In-1)と次の目標符号化
情報量(If)の補正値(Ifc)との差分から求められる
ことも好ましい。
(発明の構成) 第3図は本発明を適用した可変レートビデオ符号化装
置のブロック図である。
符号化制御部31は、符号化情報量監視部34より前符号
化フレーム情報量In-1を受け、それに基づいて算出した
新たな量子化ステップサイズ信号Qnを量子化器33に対し
て出力することで量子化器の符号化出力量を平均目標符
号化情報量Ioに収束するように制御する。
なお、符号化演算部32に対しての符号化/非符号化信
号は設定フレームレートに応じて符号化フレームを決定
したり、本方式を用いてもなおハードウェアの制約等で
符号化出力量がオーバーフローするときに備え、駒落と
しを行なう(非符号化)手段である。
第2図に第3図の符号化制御部31のブロック図を示
す。
所要とする画質を得るため予め最適化されたパラメー
タなどを蓄えるパラメータ設定部21と、符号化情報量監
視部34より前符号化フレームの符号化情報量In-1を受
け、それを積算することにより平均符号化情報量Ivを計
算および累積フレーム数n−1をカウントする積算部22
と、前符号化フレームの符号化情報量信号In-1、平均符
号化情報量Iv、及びパラメータ設定部21で決まる目標符
号化情報量Io又は目標フレームレートFo等のパラメータ
などから次フレームの符号化/非符号化を決定する符号
化/非符号化決定部23と、前符号化フレームの符号化情
報量In-1と、平均符号化情報量Iv、累積フレーム数n−
1、及びパラメータ設定部15で設定した制御係数等のパ
ラメータから、次符号化フレームの演算係数を量子化し
情報量を削減するための量子化ステップサイズを選択す
る量子化ステップサイズ決定部24で構成される。
第1図(a)には第2図で示した符号化制御部31中の
量子化ステップサイズ決定部24のブロック図を示す。量
子化ステップサイズ決定部24は、積算部11から累積フレ
ーム数n−1、平均符号化情報量Iv、符号化情報量監視
部24より前符号化フレーム情報量信号In-1、パラメータ
設定部21から平均目標符号化情報量Io、収束符号化フレ
ーム数N、補正係数kを受け、次符号化フレームの目標
情報量If(Ifc)を計算する次符号化フレーム目標情報
量演算部13と、符号化情報量監視部34から前符号化フレ
ーム情報量In-1、次符号化フレーム目標情報量演算部13
から次符号化フレームの目標情報量If(Ifc)、パラメ
ータ設定部15から平均目標符号化情報量Io、感度定数a,
bを受け、量子化ステップサイズ増分値(ΔQ)を計算
する量子化ステップサイズ増分値決定部14と、量子化ス
テップサイズ増分値決定部14から量子化ステップサイズ
増分値信号(ΔQ)と、量子化ステップサイズ信号の1
符号化フレーム分遅延部16を通して前符号化フレームの
量子化ステップサイズQn-1を受け、次符号化フレームの
量子化ステップサイズQnを計算決定・出力する部で構成
される。なお、次符号化フレーム目標情報量演算部13の
機能補足説明をすると、第1図(b)に示すように、過
去n−1フレーム分の平均符号化情報量Ivを次の数フレ
ーム(Nフレーム)分で補償し、n−1+Nフレームで
の平均符号化情報量が目標値Ioに近づくようにする。
(実施例1) 符号化/非符号化決定部23では、前符号化フレームの
符号化情報量In-1、積算部22で計算される平均符号化情
報量Iv、及び設定パラメータである目標フレーム情報量
IOの値より次フレームの符号化/非符号化を決定する。
すなわち、フレームの駒落とし処理を行なうか否かの決
定および指示を行なう。
画像中の動きの円滑性を保持するため、フレームレー
トFoは平均目標符号化情報量IOに応じた値で一定とす
る。これは、画像の性質により短期的に符号化情報量が
大きく変化するフレームレート設定方法であるが、可変
レートビデオ符号化方式においては、符号化情報量の制
約が原則的にないため、設定可能となる。但し、入出力
部などハードウェア上の制約から許容される最大符号化
情報量がある場合には、前符号化フレームの符号化情報
量In-1または平均符号化情報量Ivの値が閾値を越えた場
合に強制的に次フレームを非符号化とする。
Qiを第i符号化フレームの量子化ステップサイズ、Δ
Qを量子化ステップサイズの増分値、Ioをフレームあた
りの目標符号化情報量、Iiを第iフレームの符号化情報
量、前符号化フレームのフレーム位置をn−1、Nを収
束符号化フレーム数(Nフレーム内に収束させるとし
て)、Ifを次符号化フレームの目標符号化情報量(n−
1+Nフレームの平均符号化情報量をIoとするための目
標符号化情報量)、Ivをn−1フレーム分の平均符号化
情報量、a1,b1を感度定数としたとき、 If ={Io(n−1+N)−Iv(n−1)}/N ΔQ=a1(In-1−Io)+b1(Io−If) Qn =Qn-1+ΔQ により、次符号化フレームの量子化ステップサイズを決
定する。
(実施例2) 符号化/非符号化決定部13では実施例1と同様フレー
ムフレーム一定とし、前符号化フレームの符号化情報量
または平均符号化レートが許容範囲を逸脱し閾値を越え
た場合には、次フレームを非符号化とする。
Qiを第i符号化フレームの量子化ステップサイズ、Δ
Qを量子化ステップサイズの増分値、Ioをフレームあた
りの目標符号化情報量、Iiを第iフレームの符号化情報
量、前符号化フレーム位置をn−1、Nを収束符号化フ
レーム数(Nフレーム内に収束させるとして)、Ifを次
符号化フレームの目標符号化情報量(n−1+N)フレ
ームの平均符号化情報量をIoとするための目標符号化情
報量)、Ivをn−1フレーム分の平均符号化情報量、I
fcをIfの補正値(平均符号化レートIvをIoに収束させる
ための補正値)、a2を感度定数としたとき、 If ={Io(n−1+N)−Iv(n−1)}/N Ifc =k・Io+(1−k)・If(但し、K<0) ΔQ=a2(In-1−Ifc) Qn =Qn-1+ΔQ により、次符号化フレームの量子化ステップサイズを決
定する。
(発明の効果) 実施例1において、実際にCCITT標準化作業に用いら
れたテスト動画像SALESMANを目標符号化レート312kbit/
s、フレームレート15Hzで符号化した192フレーム分で、
上述のアルゴリズムを用いた本発明を適用してみた結
果、平均符号化レート307.08kbit/sと目標値に近く、し
かもSN比の変動が大変少ない制御が可能であることが分
かった。
実施例2においては、実際にCCITT標準化作業に用い
られたテスト動画像SALESMANを目標符号化レート312kbi
t/s、フレームレート15Hzで符号化した192フレーム分
で、上述のアルゴリズムを用いた本発明を適用してみた
結果、平均符号化レート309.65kbit/sと目標値に近く、
しかも画像の変化に対して反応の速い制御が可能である
ことが分かった。
最後に、可変レートビデオ符号化方式においては、本
発明を用いて量子化ステップサイズを適応的に選択する
ことにより、可変レートの特徴を生かし短期的な符号化
ノートの変動を許容し、画質の安定性を保持しながら、
平均の符号化レートを目標値に近づけることができる。
このことは画質に基づくサービスクラスの設定を可能に
出来ることであり、従来にはない制御が可能になるとい
うことである。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は、本発明中の量子化ステップサイズ決定
部24のブロック図を示す。 第1図(b)は、符号化情報量の推移と本発明の実施例
中で用いる制御パラメータとの関係を示す。 第2図は、符号化制御部31の構成を示す。 第3図は、本発明を含む可変レートビデオ符号化方式の
符号化装置のブロック図を示す。 22……積算部 34……符号化情報量監視部 13……次符号化フレーム目標情報量演算部 14……量子化ステップサイズ増分値決定部 21……パラメータ設定部 16……量子化ステップサイズ信号1符号化フレーム分遅
延部 33……量子化器 23……符号化/非符号化決定部 24……量子化ステップサイズ決定部 32……符号化演算部 31……符号化制御部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】前符号化フレーム情報量(In-1)を符号化
    手段から受信し、次に符号化しようとする量子化ステッ
    プサイズ(Qn)を量子化手段へ送信する量子化ステップ
    サイズ決定手段を有する可変レートビデオ符号化制御方
    式において、 前記量子化ステップサイズ決定手段は、前符号化フレー
    ムの量子化ステップサイズ(Qn-1)と量子化ステップサ
    イズの増分値(ΔQ)との和から、次に符号化しようと
    する量子化ステップサイズ(Qn)を導き出すものであ
    り、 前記量子化ステップサイズの増分値(ΔQ)は、n−1
    フレーム数分の過去の平均符号化情報量(Iv)と平均目
    標符号化情報量(Io)との差を、次のNフレーム数分で
    補償して、n−1+Nフレームの平均符号化情報量が平
    均目標符号化情報量(Io)に近づくように決定されるこ
    とを特徴とする可変レートビデオ符号化制御方式。
  2. 【請求項2】前記量子化ステップサイズの増分値(Δ
    Q)は、 平均目標符号化情報量(Io)によるn−1+Nフレーム
    数分の全情報量と、過去の平均符号化情報量(Iv)によ
    るn−1フレーム数分の全情報量と差分をNフレームで
    割ることにより、Nフレームの数分の次の目標符号化情
    報量(If)を導き出し、 前符号化フレーム情報量(In-1)と平均目標符号化情報
    量(Io)との差分と、平均目標符号化情報量(Io)と次
    の目標符号化情報量(If)との差分とを加えて求められ
    ることを特徴とする請求項1に記載の符号化制御方式。
  3. 【請求項3】前記量子化ステップサイズの増分値(Δ
    Q)は、 平均目標符号化情報量(Io)によるn−1+Nフレーム
    数分の全情報量と、過去の平均符号化情報量(Iv)によ
    るn−1フレーム数分の全情報量との差分をNフレーム
    で割ることにより、Nフレーム数分の次の目標符号化情
    報量(If)を導き出し、 前符号化フレーム情報量(In-1)と次の目標符号化情報
    量(If)の補正値(Ifc)との差分から求められること
    を特徴とする請求項1に記載の符号化制御方式。
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