JP3069144B2 - 動画像符号化装置 - Google Patents

動画像符号化装置

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JP3069144B2 JP9928291A JP9928291A JP3069144B2 JP 3069144 B2 JP3069144 B2 JP 3069144B2 JP 9928291 A JP9928291 A JP 9928291A JP 9928291 A JP9928291 A JP 9928291A JP 3069144 B2 JP3069144 B2 JP 3069144B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、画像データの符号化を
行う動画像符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より提案されている動画像符号化装
置の一例を図5に示し説明する。
【0003】まず入力画像信号xが、動き補償を行なう
予測部1と減算部2とに入力される。そして前記予測部
1から予測された画像Xが前記減算部2に入力し、前記
減算部2で前記画像xから減算され、予測誤差信号ε
(ε=x−X)が得られる。この予測誤差信号εは、直
交変換部3に入力し、該直交変換部3で直交変換係数に
変換された後、量子化部4により量子化される。前記量
子化部4から量子化信号qが得られ、さらにVLC部5
で符号化される。ここで、直交変換手法として、離散コ
サイン変換、また、可変長符号(VLC)としてエント
ロピ―符号化であるハフマン符号化が考えられる。前記
直交変換部3において、DCT係数が算出された後、前
記量子化部4において、あるステップサイズにより量子
化されその量子化値が出力される。
【0004】その後、VLC部5では、図6に示される
ように、直流成分DCについては、前ブロックの直流成
分と差分をとることによりDPCM化を行ない、また、
交流成分ACについては、低周波成分から高周波成分の
順序に従がい、ジグザグスキャンを行なう。このとき交
流成分について、ジグザグスキャンによるデ―タ列をゼ
ロラン長とランが終了した後の量子化値について2次元
ハフマン符号化を行なう。その後、バッファ部6より伝
送路に出力される。
【0005】一方、加算器7において、前記量子化信号
qを逆量子化部8,逆直交変換部9により、逆直交変換
した信号と1フレーム前の予測信号が加算され、その
値が局部復号出力値xs として出力される。この局部復
号出力値xs は、前記予測部1によって、1フレーム分
遅延された後、新たに動き補償された予測信号が出力
される。
【0006】しかし、前述した符号化装置では、エント
ロピ―符号化を行なうため、画像ごとに符号長が異なっ
ている。また、動きの激しい画像あるいは、シ―ンチェ
ンジ等では、符号量が増大することから、バッファ部6
のオ―バ―フロ―,アンダ―フロ―が発生するだけでな
く、一定速度のデ―タ伝送も阻害される。
【0007】このような課題を解決するため、特開昭6
2−85588号公報に記載されているように、シ―ン
チェンジ直後、量子化器出力のダイナミックレンジを小
さく制限し、時間の経過に従がいダイナミックレンジを
大きくして量子化を行なう手法や、特開昭62−209
984号公報に記載されるような、シ―ンチェンジ直
後、量子化器のステップサイズを変更し、時間の経過に
従がい、ステップサイズを通常の値に徐々にもどす手法
が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した従来
例は、シ―ンチェンジ後のしばらくの間、量子化幅が粗
い、ダイナミックレンジが狭いという理由から画質の劣
化を免がれないという欠点ある。これらの量子化特性
は、時間の経過のみに依存し、画像の性質について全く
考慮されていない。すなわち、画像において、平たん部
分は、空間周波数帯域が狭いため画像情報量が小さくな
る。さらに、絵柄の細かい部分では、周波数帯域が広く
なるため画像情報量が大きくなるという性質を利用して
いない。つまり最適な量子化特性および符号量に関する
制御を行なうためには、画像の各部分における情報量を
考慮しなければならない。
【0009】従って、より最適な符号量制御を行うため
には、フレームごと、あるいは、時刻の経過に依存した
量子化特性の変更ではなく、フレーム内部での状態に応
じた符号量制御を行う必要がある。
【0010】そこで本発明は、フレーム内部の特性に応
じた符号量制御を行うことが可能な動画像符号化装置を
提供することを目標とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、所定サイズのブロックに分割された現フレ
ーム画像と動き補償された前フレーム画像との間で、対
応するブロック毎に、ブロック間の差分出力値を直交変
換する直交変換手段と、該直交変換出力値を量子化する
量子化手段と、該量子化出力値にエントロピー符号化を
施して変換符号化する変換符号化手段と、該変換符号化
出力値を格納する格納手段と、前記格納手段の格納量に
応じ、許容される画像符号量を設定する画像符号量設定
手段と、該現フレーム画像と該前フレーム画像との間に
おいて、対応するブロック毎の動ベクトルの検出基準と
なる評価関数値を出力する動ベクトル検出手段と、該画
像符号量と、前記動ベクトル検出手段から出力されるブ
ロック毎の動ベクトルの評価関数値とに基づき、ブロッ
ク毎に評価関数値に応じた符号量を割り当てる割当符号
量算出手段と、該割当符号量に応じて前記変換符号化手
段を制御する符号量制御手段とを備える動画像符号化装
置を提供する。
【0012】
【作用】以上のような構成の動画像符号化装置によれ
ば、動ベクトル検出時の評価関数の値により、各ブロッ
クの割り当て符号量を求めるため、実際の各ブロックの
差分データ量に応じて符号化されることになる。
【0013】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1(a)に、本発明の実施例の動画像符
号化装置の概念的構成を示す。
【0014】まず予測誤差信号εが、直交変換部11に
入力し、該直交変換部11で直交変換係数に変換された
後、量子化部12により量子化される。前記量子化部1
2から量子化信号qが得られ、さらにVLC部13で符
号化され、バッファ14に入力される。
【0015】そして動ベクトル検出部15は、動き補償
を行なうためのものであり、該動ベクトル検出部15か
ら、ベクトルを決定するための判断基準となるベクトル
(あるいはブロック間)の評価関数値が、符号量制御部
16に出力される。前記符号量制御部16は、バッファ
部14からバッファ内部の符号量情報、VLC部13か
ら変換符号化した後の符号量情報が送られ、一方、前記
符号量制御部16から、符号量制御部への情報に基づ
き、量子化部へ量子化ステップサイズ幅、VLC部へV
LC制御情報がそれぞれ送られる。
【0016】従って、図1(b)〜(f)に示すよう
に、復号画像(前フレーム)と原画像(現フレーム)の
各ブロックから現フレームへの動ベクトルを検出して、
その動ベクトル検出に基づき、現フレームの動き補償と
符号量の割り当てが算出される。次に図2に前述した符
号量制御部の具体例を示す。この符号量制御部は、画像
符号設定部21、量子化ステップサイズ予測部22、
符号量計測及び符号化制御部23で構成される。
【0017】前記画像符号量設定部21は、図1のバッ
ファ14内部の符号量等に応じて、例えば1フレ―ム分
の画像を符号化するときの目標符号量を設定するもので
ある。すなわち、前記バッファ14内部が、オ―バ―フ
ロ―あるいはアンダ―フロ―が無く、最適な状態になる
ように符号量を設定する。ここで算出された設定値は、
前記量子化ステップサイズ予測部22及び、前記符号量
計測及び符号化制御部23へ出力される。
【0018】そして前記量子化ステップサイズ予測部2
は、動き補償の動ベクトル検出部15から出力される
ブロックごとの評価関数値と、前記画像符号設定部2
1から出力される符号量設定値とで、各ブロックの設定
符号量と量子化ステップサイズを算出して、それぞれ、
符号量計測及び符号化制御部23、前記量子化部12へ
出力する。
【0019】前記符号量計測及び符号化制御部23で
は、画像符号量設定値およびブロック符号量設定値に基
づき、前記VLC部13により発生した符号語の総符号
量が設定符号量内に納まるように制御する。ここで、所
定ブロックの設定符号量をBdif とする。またその所定
ブロックを量子化ステップサイズ予測部22によって、
算出されたステップサイズで直交変換係数を量子化した
後、可変長符号化されたときのブロック内の総符号量を
Bvlc とする。前記総符号量Bvlc は、前記VLC部1
3から出力される符号語により符号量計測が行なわれ求
められる。第1に、総符号量Bvlc >割り当て符号量B
dif のとき、
【0020】バッファ14へ送り出す符号量を設定符号
量におさめるため、前記符号量が割り当て符号量Bdif
を越える時点で、符号化制御部16から直ちに停止させ
る信号が、前記VLC部13へ出力される。従って、前
記VLC部13からは、割り当て符号量Bdif に相当す
る変換符号が、バッファ14へ出力されることになる。
【0021】このように符号化されるべきデ―タが全て
出力されることはないが、従来例で述べたように、低周
波成分から高周波成分の順序に従がいジグザグ状に符号
化が行なわれるため、符号化の停止による画像の劣化
が、ほとんど見られない。すなわち、符号化されないデ
―タが高周波成分に偏っているため、人間の視覚特性を
考慮すると画像の劣化は感知されにくいものとなる。第
2に、総符号量Bvlc <割り当て符号量Bdif のとき、
【0022】前記VLC部13から割り当て符号量Bdi
f に相当するすべての変換符号がバッファに出力され
る。このとき設定符号量に対し(Bdif −Bvlc )相当
の符号量が余ることになるが、この余った符号量を次の
ブロックの設定符号量に割り当てる。このように第1,
第2の符号化処理を行なうことにより、バッファへ出力
される総符号量が、画像設定総符号量と等しくなり、常
に最適な符号量制御がなされる。次に図3に、量子化ス
テップサイズ予測部の具体例を示し説明する。
【0023】この量子化ステップサイズ予測部は、各ブ
ロックの動ベクトル検出時における評価値ai を記憶す
るメモリ部31と、その各ブロックの評価値を1画像相
当分だけ加算する評価値総和算出部32と、評価値およ
び画像設定符号量TBをもとに各ブロックの割り当て符
号量Bdif を求める割り当て符号量算出部33と、割り
当て符号量をもとにステップサイズを求めるステップサ
イズ算出部34によって構成されている。以下、評価関
数の一例として絶対差分和を考え、具体的に説明する。
前記割り当て符号量算出部33において、ブロックの割
り当て符号量は、次式によって求められる。 Bdif =TB・ai /Σai …(1)
【0024】この(1)式から、現在のフレームのブロ
ックと動ベクトルにより示される前のフレームのブロッ
クとの差が多い場合、絶対差分和の値が大きくなり、そ
の結果、割り当て符号量が多くなることがわかる。従っ
て、ブロック間の誤差に応じた割り当て符号が可能とな
る。そしてステップサイズ算出部34では、このような
ブロックの割り当て符号量を参照し、ステップサイズが
求められる。
【0025】つまり図4に示すように、割り当て符号量
が多い程、ステップサイズが小さくなり、細かい量子化
を行なえるということがわかる。また、同図に示すよう
な線形特性により量子化ステップサイズを決定したが、
勿論本発明はこの特性に限定されるものではない。
【0026】以上のことから、本発明の動画像符号化装
置によれば、動ベクトル検出時の評価関数の値により、
各ブロックの割り当て符号量および量子化ステップサイ
ズを求めるため、実際の各ブロックの差分デ―タ量に応
じた符号化を行なうことができる。
【0027】また、各ブロックの実際の符号化量と割り
当て符号量との間に差が生じた場合でも符号化の停止、
あるいは符号量の次のブロックへの加算割り当てを行な
うことから、常に画像レベルで設定された符号量に保つ
ことが可能となる。このことから、バッファ部のオ―バ
―フロ―・アンダ―フロ―の問題が生じなくなり、か
つ、デ―タの伝送を一定に保持することが可能となる。
また本発明は、前述した実施例に限定されるものではな
く、他にも発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形や
応用が可能であることは勿論である。
【0028】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明の動画像符
号化装置によれば、フレーム内部の状態に応じた符号量
制御を行うことができるので、より最適な符号量制御を
行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は、本発明の実施例の動画像符号化
装置の概念的構成図、図1(b)〜(f)は、画像の状
態を示す図である。
【図2】図2は、図1(a)に示した符号量制御部の具
体的な構成を示す図である。
【図3】図3は、図1(a)に示したの動画像符号化装
置の量子化ステップサイズ予測部の具体的な構成を示す
図である。
【図4】図4は、本実施例の割り当て符号量とステップ
サイズとの特性を示す図である。
【図5】図5は、従来の動画像符号化装置の一例の構成
を示す図である。
【図6】図6は、ジグザグスキャンによるデ―タ列の符
号化状態を示す図である。
【符号の説明】
1…予測部、2…減算部、3,11…直交変換部、4,
12…量子化部、5,13…VLC部、14…バッフ
ァ、15…動ベクトル検出部、16…符号量制御部、2
1…画像符号設定部、22…量子化ステップサイズ予
測部、23…符号量計測及び符号化制御部、x…入力画
像信号、ε…予測誤差信号、q…量子化信号。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定サイズのブロックに分割された現フ
    レーム画像と動き補償された前フレーム画像との間で、
    対応するブロック毎に、ブロック間の差分出力値を直交
    変換する直交変換手段と、 該直交変換出力値をある量子化ステップサイズで量子化
    する量子化手段と、 該量子化出力値にエントロピー符号化を施して変換符号
    化する変換符号化手段と、 該変換符号化出力値を格納する格納手段と、 前記格納手段の格納量に応じ、許容される画像符号量を
    設定する画像符号量設定手段と、 該現フレーム画像と該前フレーム画像との間において、
    対応するブロック毎の動ベクトルの検出基準となる評価
    関数値を出力する動ベクトル検出手段と、 該画像符号量と、前記動ベクトル検出手段から出力され
    るブロック毎の動ベクトルの評価関数値とに基づき、ブ
    ロック毎に評価関数値の多寡が反映されるように符号量
    を割り当てる割当符号量算出手段と、 該割当符号量に応じて前記変換符号化手段を制御する符
    号量制御手段と、 を具備することを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項2】 さらに、該画像符号量と、前記動ベクト
    ル検出手段から出力されるブロック毎の動ベクトルの評
    価関数値とに基づき、ブロック毎に評価関数値の多寡が
    反映されるように量子化ステップサイズを予測し、該予
    測した量子化ステップサイズを前記量子化手段に出力す
    る予測手段を有することを特徴とする請求項1に記載の
    動画像符号化装置。
  3. 【請求項3】 前記符号量制御手段は、該変換符号化さ
    れた符号量が該符号量を越えないように、前記変換符号
    化手段から出力される符号の出力を制御することを特徴
    とする請求項1に記載の動画像符号化装置。
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