JP3149673B2

JP3149673B2 - 映像符号化装置、映像符号化方法、映像再生装置及び光ディスク

Info

Publication number: JP3149673B2
Application number: JP5553694A
Authority: JP
Inventors: 秀樹福田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-03-25
Filing date: 1994-03-25
Publication date: 2001-03-26
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JPH07264582A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を圧縮可変長
符号化して光ディスクや磁気ディスクなどに記録する際
に用いる映像符号化装置、もしくは映像信号に適応して
符号量を割り当てる映像符号化方法、もしくは圧縮可変
長符号化して得られた符号列を記録した媒体から映像信
号を再生する映像再生装置、もしくは光ディスクに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像信号の符号化手段として、画
像を近接する複数の画素からなるブロックに分割し、ブ
ロックごとに離散コサイン変換などの直交変換を行う変
換符号化方法を用いることが一般的になっている。この
方法は変換係数を所定の量子化幅で量子化し、ハフマン
符号などの可変長符号を用いて圧縮符号化する。

【０００３】さらに、テレビ信号などの動画像の符号化
においては各フレーム間の相関を利用したフレーム間符
号化が行われる。フレーム間符号化は符号化の対象とす
るフレームからみて時間的に前あるいは後のフレームを
参照フレームとして、対象フレームを予測し、その予測
誤差信号を符号化し伝送、あるいは記録する。フレーム
間の予測は複数の画素からなるブロックごとに行われ、
各ブロックの動き量を検出して動き補償を行う。したが
って、各ブロックの動き量は予測誤差信号とともに伝送
あるいは記録される。

【０００４】これらは、可変長符号を用いているため、
発生ビット量は符号化処理した後でなくては認識できな
い。したがって、発生ビット量を所定の割当ビット量に
おさめるために、発生ビット量と割当ビット量とを比較
し、その比較結果に応じて割当ビット量を更新するフィ
ードフォワード制御を行う方法が一般的に行われてい
る。この方法は符号化遅延を大きくすることなく所定の
ビット量に制御することができる。

【０００５】また、複数の量子化幅で量子化して発生ビ
ット量を測定し、その測定点を用いて直線近似により量
子化幅と発生ビット量とを推定するフィードバック制御
を行う方法が提案されている（特開平３−３４７９号公
報）。

【０００６】このように、可変長符号化データを与えら
れた所定の割当ビット量におさめるために種々の方法が
提案されている。これは、通信、放送などの符号の伝送
速度が一定である場合、再生装置側のバッファメモリの
占有量が破綻をきたさないように符号化装置側で符号量
を制御する必要があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、映像信
号のもつ時間的情報量や空間的情報量の違いによって圧
縮符号化する難易度が異なるため、所定の固定割当ビッ
ト量によって映像信号を符号化すると画像品質が一定に
保つことはできず、難度の高い映像においては画質劣化
が著しく大きくなるという課題を有していた。

【０００８】また、光ディスクもしくは磁気ディスクな
どの媒体に記録する場合は、復号化手段が符号化データ
の読みとりを要求したときのみに、媒体から符号化デー
タを読みとればよい。したがって、符号化データの最大
の転送速度の制限、および媒体に記録する映像信号の時
間の制限を満たせば、一定の符号速度である必要はな
い。

【０００９】本発明はかかる点に鑑み、光ディスクや磁
気ディスクなどの記録媒体に記録する場合において、正
確にかつ安易に量子化パラメータと発生符号量とを関数
で関連づけて、映像信号に適応した符号量の割り当てを
おこない、また、前記の関数を用いてより正確に発生符
号量を制御することができる装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達するため、
本発明の映像符号化装置は、映像信号を圧縮可変長符号
化処理する装置であって、映像信号をＮ個（Ｎは所定の
自然数）の暫定量子化パラメータＱ（ｉ）（ｉは前記自
然数Ｎ以下の自然数）に比例した量子化幅で前記変換係
数ブロックを量子化してＮ個の量子化データを出力する
手段と、Ｎ個の前記量子化データを可変長符号化処理し
てＮ個の暫定符号化ビットストリームＳ（ｉ）を出力す
る手段と、第１の所定期間Ｔをｎ個（ｎは所定の自然
数）に分割した期間のひとつを第２の所定期間ｔ（ｊ）
（ｊは前記自然数ｎ以下の自然数）として、前記第２の
所定期間ｔ（ｊ）内の前記暫定符号化ビットストリーム
Ｓ（ｉ）の符号量Ｂ（ｉ，ｊ）を測定する手段と、前記
暫定量子化パラメータＱ（ｉ）と前記符号量Ｂ（ｉ，
ｊ）とを用いて、連続した値をとる量子化パラメータｑ
と前記第２の所定期間ｔ（ｊ）内の符号化ビットストリ
ームの符号量ｂ（ｊ）とをｂ（ｊ）＝ｆ（ｑ，ｊ）なる
関数で関係づけて前記関数ｆ（ｑ，ｊ）を推定する手段
と、前記第１の所定期間Ｔの符号化ビットストリームの
符号量が前記第１の所定期間Ｔに割り当てた所定の割当
符号量ＢＴと等しくなるように前記第２の所定期間ｔ
（ｊ）に割り当てる割当符号量ｂｔ（ｊ）、およびｂｔ
（ｊ）＝ｆ（ｑｔ（ｊ），ｊ）となる推定量子化パラメ
ータｑｔ（ｊ）を前記関数ｆ（ｑ，ｊ）を用いて決定す
る符号量割当手段と、前記符号量割当手段によって決定
された推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）および割当符号
量ｂｔ（ｊ）で前記第２の所定期間ｔ（ｊ）の前記映像
信号を再び量子化処理、可変長符号化処理して出力符号
化ビットストリームを出力する再符号化手段とを具備す
るものである。

【００１１】また、前記関数ｆ（ｑ，ｊ）は、ｒ（ｊ）
／ｑ＋ｓ（ｊ）（ｒ（ｊ）、ｓ（ｊ）は第２の所定期間
ｔ（ｊ）における係数）なる関数とするものである。

【００１２】また、量子化処理とは独立に発生する符号
化データの第２の所定期間ｔ（ｊ）の符号量を測定する
付加データ量測定手段を具備し、前記関数ｆ（ｑ，ｊ）
＝ｒ（ｊ）／ｑ＋ｓ（ｊ）において、前記係数ｓ（ｊ）
は前記付加データ量測定手段の出力に規定されるように
構成したものである。

【００１３】また、第２の所定期間ｔ（ｊ）に割り当て
る割当符号量ｂｔ（ｊ）もしくは期間ｔ（ｊ）の出力ビ
ットストリームの符号量を符号化した符号列を出力ビッ
トストリームに多重化する手段を具備するものである。

【００１４】また、符号量割当手段は、第１の所定期間
Ｔにおけるそれぞれの割当符号量ｂｔ（ｊ）が所定の最
大割当符号量以下になるように制限するように構成した
ものである。

【００１５】また、符号量割当手段は、第１の所定期間
Ｔにおけるｎ個の推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）の総
和が最も小さくなるように前記推定量子化パラメータｑ
ｔ（ｊ）を更新する量子化パラメータ更新手段を具備
し、前記推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）を用いたとき
の割当符号量ｂｔ（ｊ）の前記第１の所定期間Ｔの総数
が所定の割当符号量ＢＴと等しくなるまで前記推定量子
化パラメータｑｔ（ｊ）を更新するように構成したもの
である。

【００１６】また、量子化パラメータ更新手段は、第１
の所定期間Ｔにおけるｎ個の割当符号量ｂｔ（ｊ）の総
和が前記第１の所定期間Ｔに割り当てた所定符号量ＢＴ
と比較して大きい場合は、前記第１の所定期間Ｔにおけ
るｎ個の前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）のうちで、所
定量ｑｓ（ｑｓは任意の正の有理数）をｑｔ（ｊ）に加
えたときに前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の減少量が最も大
きいものをｑｔ（ｊ）＝（ｑｔ（ｊ）＋ｑｓ）として更
新し、前記第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記割当符
号量ｂｔ（ｊ）の総和が前記割当符号量ＢＴと比較して
小さい場合は、前記第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前
記量子化パラメータｑｔ（ｊ）のうちで、前記所定量ｑ
ｓをｑｔ（ｊ）から減じたときに前記割当符号量ｂｔ
（ｊ）の増加量が最も小さいものをｑｔ（ｊ）＝（ｑｔ
（ｊ）−ｑｓ）として更新するように構成したものであ
るまた、量子化パラメータ更新手段は、所定範囲内にある
量子化パラメータｑｔ（ｊ）のみ更新するように構成し
たものである。さらに、前記所定範囲は、Ｎ個の暫定量
子化パラメータＱ（ｉ）によって規定されるものであ
る。また、符号量割当手段は、第２の所定期間ｔ（ｊ）
における量子化パラメータを第１の所定期間Ｔにわたっ
て同一とし、かつ前記第１の所定期間Ｔの符号化ビット
ストリームの符号量が所定割当符号量ＢＴと等しくする
固定量子化パラメータＱｆを求める手段を具備し、前記
所定範囲は前記固定量子化パラメータＱｆによって規定
するように構成される。

【００１７】また、本発明の光ディスクは、第１の所定
期間Ｔをｎ分割した第２の所定期間ｔ（ｊ）ごとに異な
る符号量で映像信号を可変長符号化処理して得られた符
号化ビットストリームを所定の記録フォーマットで記録
したものである。

【００１８】また、本発明の映像再生装置は、映像信号
を所定期間ごとに異なる割当符号量で圧縮可変長符号化
処理し、さらに前記割当符号量もしくは前記所定期間の
発生符号量を多重化して得られた符号化ビットストリー
ムを記録媒体から読みだして映像信号を出力する映像再
生装置であって、前記符号化ビットストリームから前記
割当符号量もしくは前記発生符号量を復号し、前記割当
符号量もしくは前記発生符号量によって規定される符号
量の前記符号化ビットストリームを前記所定期間内で前
記記録媒体から読みだし、前記符号化ビットストリーム
を復号化処理して再生映像信号を出力するように構成さ
れるものである。

【００１９】また、本発明の映像符号化方法は、映像信
号をＮ個（Ｎは所定の自然数）の暫定量子化パラメータ
Ｑ（ｉ）（ｉは前記自然数Ｎ以下の自然数）に比例した
量子化幅で前記変換係数ブロックを量子化処理し、可変
長符号化処理してＮ個の暫定符号化ビットストリームＳ
（ｉ）を求め、第１の所定期間Ｔをｎ個（ｎは所定の自
然数）に分割した期間のひとつを第２の所定期間ｔ
（ｊ）（ｊは前記自然数ｎ以下の自然数）として、前記
第２の所定期間ｔ（ｊ）の前記暫定符号化ビットストリ
ームＳ（ｉ）の符号量Ｂ（ｉ，ｊ）を測定し、前記暫定
量子化パラメータＱ（ｉ）と前記符号量Ｂ（ｉ，ｊ）と
を用いて、連続した値をとる量子化パラメータｑと前記
第２の所定期間ｔ（ｊ）の符号化ビットストリームの符
号量ｂ（ｊ）とをｂ（ｊ）＝ｆ（ｑ，ｊ）なる関数で関
係づけて前記関数ｆ（ｑ，ｊ）および前記関数ｆ（ｑ，
ｊ）の逆関数ｑ（ｊ）＝ｇ（ｂ，ｊ）（ｂは任意の符号
量）を推定し、前記第１の所定期間Ｔの符号化ビットス
トリームの符号量が前記第１の所定期間Ｔに割り当てた
所定の割当符号量ＢＴと等しくなるように前記第２の所
定期間ｔ（ｊ）に割り当てる割当符号量ｂｔ（ｊ）、お
よびｑｔ（ｊ）＝ｇ（ｂｔ（ｊ），ｊ）なる推定量子化
パラメータｑｔ（ｊ）を決定し、前記推定量子化パラメ
ータｑｔ（ｊ）に比例した量子化幅で前記第２の所定期
間ｔ（ｊ）の直交変換ブロックを再び量子化処理し可変
長符号化処理して出力符号ビットストリームを出力する
映像符号化方法であって、推定量子化パラメータを決定
する方法は、まず、前記推定量子化パラメータｑｔ
（ｊ）を所定の初期パラメータｑｉとし、割当符号量ｂ
ｔ（ｊ）をｆ（ｑｉ，ｊ）として符号量求め、前記割当
符号量ｂｔ（ｊ）が所定の最大符号量ｂｍと比較して大
きい場合は、前記割当符号量ｂｔ（ｊ）を前記最大符号
量ｂｍとして更新し、更新した前記割当符号量ｂｔ
（ｊ）に対して量子化パラメータｑｔ（ｊ）をｇ（ｂ
ｍ，ｊ）として更新し、前記第１の所定期間Ｔにおける
ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和と前記割当符号
量ＢＴと比較し、ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総
和が前記割当符号量ＢＴと比較して大きい場合は、前記
第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記量子化パラメータ
ｑｔ（ｊ）のうちで、所定量ｑｓ（ｑｓは任意の正の有
理数）を前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）に加えたとき
前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の減少量が最も大きい量子化
パラメータｑｔ（ｊ）を（ｑｔ（ｊ）＋ｑｓ）として更
新し、ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和が前記割
当符号量ＢＴと比較して小さい場合は、前記第１の所定
期間Ｔにおけるｎ個の前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）
のうちで、前記所定量ｑｓをｑｔ（ｊ）から減じたとき
前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の増加量が最も小さい量子化
パラメータｑｔ（ｊ）を（ｑｔ（ｊ）−ｑｓ）として更
新し、更新した量子化パラメータｑｔ（ｊ）に対して割
当符号量ｂｔ（ｊ）をｆ（ｑｔ（ｊ），ｊ）として更新
し、ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和と前記割当
符号量ＢＴと等しくなるまで前記量子化パラメータｑｔ
（ｊ）および割当符号量ｂｔ（ｊ）の更新を行い、前記
第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記量子化パラメータ
ｑｔ（ｊ）を決定するものである。

【００２０】

【作用】これにより、映像信号に適応した割当符号量が
求められ、画像品質を保つことができる。また、割当符
号量もしくは発生符号量が符号化ビットストリームに多
重化され、再生装置において必要な読みだし速度が認識
できる。また、割当量子化パラメータＱと発生符号量Ｂ
とを関数Ｂ＝ｒ／Ｑ＋ｓで関係づけ、所定の複数の量子
化パラメータと発生符号量を測定することにより、前記
係数ｓおよびｒが計算され、量子化パラメータと発生符
号量との特性がよりよく近似することができ、所定の割
当符号量におさめる量子化パラメータを高い精度で推定
される。

【００２１】また、推定した量子化パラメータと発生符
号量との関数を用いて、量子化パラメータの総和が最小
になるように符号量が割り当てられ、符号化ノイズの少
ない安定した再生映像が得られる。

【００２２】また、周期的にフレーム内符号化を行い、
その他のフレームはフレーム間予測符号化を行う場合、
フレーム内符号化を行う周期で符号量の割り当てが行わ
れる。

【００２３】また、割り当てる符号量の最大値を制限す
ることにより、記録媒体からの読みだし速度に応じた制
御をすることができる。

【００２４】また、割当符号量を得る量子化パラメータ
を所定範囲に制限され、圧縮符号化の難度の高い映像信
号での画質の劣化が抑制され、映像信号全体の画質の均
一化が得られる。

【００２５】

【実施例】以下本発明の映像符号化装置の一実施例につ
いて、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、
第１の所定期間Ｔをｎ分割した期間のひとつを期間ｔ
（ｊ）として説明する。ここでｊは１からｎまでの時間
を表す整数である。例えば、Ｔを３００フレーム分の時
間とし、それを１０分割した期間ｔ（ｊ）は３０フレー
ム分の時間となる。また、説明を簡潔にするためフレー
ム内符号化方法を用いる場合について説明する。

【００２６】図１において本発明の映像符号化装置の第
一の実施例を示している。入力された画像データはブロ
ック分割器１０１によって複数画素からなるブロックに
分割される。次にＤＣＴ変換器１０２によって離散コサ
イン変換がなされ、さらに乗算器１１４によって変換係
数に対して人間の視覚特性に応じた重み付けがなされ
る。重み付けられた変換係数のブロックは第１の量子化
器１０４、および第２の量子化器１０５に入力される。
第１の量子化器１０４は暫定量子化パラメータＱ（１）
に比例した量子化幅で量子化処理を行い、第２の量子化
器１０５は暫定量子化パラメータＱ（２）に比例した量
子化幅で量子化処理を行う。なお、Ｑ（ｉ）は所定のＮ
個の暫定量子化パラメータのうちのひとつの暫定量子化
パラメータを示す。ここではＮ＝２としており、ｉは１
あるいは２の整数である。

【００２７】第１の可変長符号化器１０７は第１の量子
化器１０４の出力を可変長符号化処理して第１のビット
ストリームを出力し、第２の可変長符号化器１０８は第
２の量子化器１０５の出力を可変長符号化処理して第２
のビットストリームを出力する。、第１の符号量測定器
１１０は期間ｔ（ｊ）の第１のビットストリームの符号
量Ｂ（１，ｊ）を測定し、第２の符号量測定器１１１は
期間ｔ（ｊ）の第２のビットストリームの符号量Ｂ
（２，ｊ）を測定して出力する。ここで、Ｂ（ｉ，ｊ）
は、期間ｔ（ｊ）の映像信号を暫定量子化パラメータＱ
（ｉ）で量子化符号化処理したときの符号量である。

【００２８】また、関数推定器１１２は期間ｔ（ｊ）に
おける発生符号量ｂ（ｊ）と量子化パラメータｑとｂ
（ｊ）＝ｆ（ｑ，ｊ）なる関数で関係づけて、関数ｆ
（ｑ，ｊ）を推定するものである。したがって、期間Ｔ
においてはｆ（ｑ，１）からｆ（ｑ，ｎ）までのｎ個の
関数を推定する。

【００２９】符号量割当器１１３は、期間Ｔの発生符号
量が期間Ｔに割り当てた所定の符号量ＢＴと等しくなる
ように、期間ｔ（ｊ）に割り当てる符号量ｂｔ（ｊ）を
決定するものであり、また、ｂｔ（ｊ）＝ｆ（ｑｔ
（ｊ），ｊ）となる推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）を
決定し出力するものである。

【００３０】遅延器１０３は期間ＴだけＤＣＴ係数ブロ
ックを遅延させる。第３の量子化器１０６は期間ｔ
（ｊ）におけるＤＣＴ係数のブロックを推定量子化パラ
メータｑｔ（ｊ）に比例した量子化幅で量子化処理す
る。第３の可変長符号化器１０９は第３の量子化器１０
６の出力を可変長符号化して出力ビットストリームを出
力する。

【００３１】このように構成することにより、期間Ｔ内
の個々の期間ｔ（ｊ）において異なる符号量となるが、
関数ｆ（ｑ，ｊ）を用いて推定した量子化パラメータで
量子化し符号化処理すれば、発生する符号量を正確に制
御することができる。その結果、期間Ｔにおいてはあら
かじめ設定した所定の符号量にすることが可能となる。

【００３２】次に、図１、図２および図３を用いて本発
明の映像符号化装置の第２の実施例を説明する。図２
は、９種類の映像データをいくつかの量子化パラメータ
で圧縮可変長符号化したときの発生符号量を測定した結
果を示している。横軸は量子化パラメータ、縦軸は発生
ビット数である。

【００３３】符号化方法は、ＭＰＥＧ２メインプロファ
イルメインレベルに準拠し、画像サイズは７０４×４８
０画素、ｎ＝１５、ｍ＝３で符号化したものである。ま
た、マクロブロック（１６×１６画素）のアクティビテ
ィに応じた重み付け係数を量子化パラメータに乗算して
量子化幅（ＭＱＵＡＮＴ）を求め、さらにＤＣＴ係数は
人間の視覚特性に応じた重み付けを行った後に、前記の
量子化幅（ＭＱＵＡＮＴ）で量子化処理を行う（レコメンテ゛
ーションエイチ.262, アイエスオー/アイイーシー 13818-2,"シ゛ェネリックコーテ゛ィ
ンク゛オフ゛ムーヒ゛ンク゛ヒ゜クチャース゛アント゛アソシエイティット゛オーテ゛ィオ",
アイエスオー/アイイーシーシ゛ェイティーシー1/エスシー29 タ゛フ゛リュシ゛ー11/エヌ602,
コミッティート゛ラフト,ノーヘ゛ンハ゛ー 1993(Recommendation H.262,
ISO/IEC 13818-2, "Generic Coding of Moving Pictur
es andAssociated Audio" , ISO/IEC JTC1/SC29 WG11
/N602, Committee Draft, November 1993)）。

【００３４】図２をみると映像データの種類によって異
なるが、量子化パラメータが大きくなるにつれて発生ビ
ット数の減少の傾きは小さくなるのがわかる。

【００３５】次に図３は、図２と同様に符号化処理した
９種類の映像データの量子化パラメータと発生符号量と
の関係を示している。ただし、横軸は量子化パラメータ
の逆数をとっている。映像データの種類によって傾きは
異なっているが、ほぼ直線に測定点がのっていることが
わかる。

【００３６】このように、量子化パラメータと発生符号
量とを直線近似するのではなく、双曲線で近似すること
で、より正確に推定することができる。そこで、図１で
示した映像符号化装置において、関数推定器１１２は、
期間ｔ（ｊ）における量子化パラメータｑと符号量ｂ
（ｊ）とを式１の関数として関係づけて、係数ｒ
（ｊ）、ｓ（ｊ）を求める。ここで、ｒ（ｊ）およびｓ
（ｊ）は期間ｔ（ｊ）における係数である。

【００３７】 b(j) = f(q,j) = r(j)/q + s(j)・・・（式１）したがって、ｒ（ｊ）、ｓ（ｊ）は式２および式３のよ
うに計算される。

【００３８】 r(j)=Q(1)×Q(2)×( B(1,j)-B(2,j) )/( Q(2)-Q(1) )・・・（式２） s(j)=b(1,j) - Q(2)×( B(1,j)-B(2,j) )/( Q(2)-Q(1) )・・・（式３）式１の関数ｆ（ｑ，ｊ）を用いて、量子化パラメータと
発生符号量とを関係づけることによって、より正確に符
号量を制御することができる。

【００３９】また、暫定量子化パラメータＱ（１）、Ｑ
（２）は限定されるものではないが、図３を観察すると
この場合はＱ（１）＝４、Ｑ（２）＝８程度が望ましい
ことがわかる。ただし、量子化処理における重み付け
や、得ようとする符号化ビットレートなどの違いによっ
て適応的に調整するのが望ましい。

【００４０】なお、第１および第２の実施例では２種類
の暫定量子化パラメータを用いて量子化処理、符号化処
理して係数ｒ（ｊ）およびｓ（ｊ）を推定したが、これ
に限らず測定点を多くしてもよい。こうすることで回路
規模、あるいは符号化遅延が大きくなるがより精度の高
い係数推定ができる。

【００４１】また、図３の特性からわかるように、式１
で近似した場合は係数ｓ（ｊ）はほぼ一定になっている
ことがわかる。したがって、係数ｓ（ｊ）を定数として
あらかじめ設定しておいても特性を近似することができ
る。このように式１の係数ｓ（ｊ）をあらかじめ設定し
ておけば、係数ｒ（ｊ）のみを求めればよく、式１の関
数を求めるための処理を削減することができる。こうす
ることで、例えば、１種類の暫定量子化パラメータを用
いた場合の符号量のみから式１の係数ｒ（ｊ）を求める
ことができる。

【００４２】次に、図４において本発明の映像符号化装
置の第３の実施例を示している。図４の映像符号化装置
は、第２の実施例で説明した映像符号化装置において、
付加データ量測定器４０１を具備し、さらに図１で示し
た第２の量子化器１０５、第２の可変長符号化器１０
８、および第２の符号量測定器１１１を取り除いたもの
である。また、関数推定器４０２は第１の符号量測定器
１１０と付加データ量測定器４０１の出力から関数ｂ
（ｊ）＝ｆ（ｑ，ｊ）を推定するものである。

【００４３】ところで、式１の係数ｓ（ｊ）は量子化パ
ラメータを無限に大きくしても発生する符号量であり、
量子化処理には依存しない付加データの符号量と解釈で
きる。付加データとしては、ＤＣＴ変換係数の直流成分
の符号化に必要な符号量、フレーム間予測符号化を行う
場合であれば動きベクトルの符号量、その他の符号化コ
ントロール情報の符号量などが含まれる。

【００４４】図４の付加データ量測定器４０１は、量子
化処理には依存しない前述の付加データの符号量を測定
する。また、関数推定器４０２は発生符号量Ｂ（Ｑ
（１），ｊ）と暫定量子化パラメータＱ（１）とを式１
の関数で関係づけて係数ｒ（ｊ）を求める。なお、式１
の係数ｓ（ｊ）は前記の付加データ量測定器４０１の出
力よって規定される。

【００４５】これにより、式１の関数を推定するための
処理は係数ｒ（ｊ）のみを計算する処理のみとすること
ができる。したがって、関数推定器４０２は、複数種類
の暫定量子化パラメータを用いる必要はなく、１種類の
暫定量子化パラメータを用いることで式１の関数を求め
ることができる。したがって、図１のように第２の量子
化器１０５、第２の可変長符号化器１０８、および第２
の符号量測定器１１１は必ずしも必要はない。さらに、
前述したようにｓ（ｊ）を定数として扱うよりも高い精
度で特性を近似することができる。

【００４６】なお、図４では、１種類の暫定量子化パラ
メータでの発生符号量を用いて係数ｒ（ｊ）を計算した
が、これに限らず複数種類の暫定量子化パラメータを用
いても構わない。

【００４７】また、図４の符号化装置には、第３の符号
量測定器４０２および多重化器４０３を備えている。第
３の符号量測定器４０２は第３の可変長符号化器１０９
の出力である符号化ビットストリームの所定期間の発生
符号量を測定し出力するものである。また、多重化器４
０４は第３の符号量測定器４０２の出力を符号化ビット
ストリームの所定位置に多重化するものである。これら
の手段を具備することで、再生装置において、所定期間
の符号量を認識することができ、所定期間に読み出す必
要のある符号量を認識することができる。

【００４８】なお、多重化する符号量は、符号量割当器
１１３によって所定期間に割り当てられた割当符号量で
あっても構わない。

【００４９】また、符号量の多重化は、第１あるいは第
２の実施例においても同様であって、符号化ビットスト
リームの発生符号量、もしくは割当符号量を多重化して
も構わない。

【００５０】また、第１から第３のいずれかの実施例に
おいて、出力ビットストリームの所定期間の発生符号量
を測定する手段を具備し、割当符号量と発生符号量とを
比較して、その結果に基づいて次の期間の割当符号量を
更新しても構わない。発生符号量が割当符号量よりも大
きければ、次の期間の割当符号量を減じる。逆に発生符
号量が割当符号量よりも小さければ、次の期間の割当符
号量を増やす。割当符号量の更新は推定量子化パラメー
タの更新となる。こうすることで、所定期間の発生符号
量の積分値をより正確に一定にすることができる。

【００５１】なお、図１および図４で示した第１から第
３の実施例のブロック図は、フレーム内符号化を行う方
法を用いたが、これに限らずフレーム間あるいはフィー
ルド間予測符号化方法を用いる場合でも同様である。

【００５２】また、周期的にフレーム内符号化を行い、
他のフレームはフレーム間予測符号化を行う場合、フレ
ーム内符号化を行う周期を単位として期間ｔ（ｊ）を定
めてもよい。つまり、周期をＭフレームとすると、ｔ
（ｊ）＝ｋ×Ｍフレーム分の時間（ｋは自然数）とする
ものである。これは、フレーム内符号化を行う周期で符
号化ビットストリームの統計的性質が得られるためであ
る。なお、期間ｔ（ｊ）の最初のフレームはフレーム内
符号化を行うフレームでも構わないし、フレーム間予測
符号化を行うフレームでも構わないし、以下に述べる実
施例についても同様である。

【００５３】なお、本発明の第１から第３の実施例にお
いて、一例としてＤＣＴ変換を行うもの説明したが、離
散サイン変換、アダマール変換などの直交変換であれば
何でも構わないし、以下に述べる実施例についても同様
である。

【００５４】なお、量子化処理におけるに量子化幅は量
子化パラメータに比例したものであるが、フレームごと
あるいは複数画素からなる画像領域ごとにアクティビテ
ィあるいは動き量等の画像の特性にあわせて重み付けた
ものでも構わないし、以下の実施例においても同様であ
る。

【００５５】次に、図５において本発明の映像符号化装
置の第４の実施例として図１もしくは図２で示した符号
量割当器１１３のブロック図を示している。以下、符号
量割当器の動作について説明する。

【００５６】まず、初期量子化パラメータが量子化パラ
メータ更新手段５０４に入力され、量子化パラメータｑ
（ｊ）が初期化される。初期化された量子化パラメータ
ｑ（ｊ）は符号量計算器５０１に入力され、量子化パラ
メータｑ（ｊ）における符号量ｂ（ｊ）を関数ｆ（ｑ，
ｊ）を用いてｂ（ｊ）＝ｆ（ｑ（ｊ），ｊ）として計算
する。次に、符号量加算器５０２は期間Ｔのｎ個の符号
量ｂ（ｊ）の総和を求めて出力する。比較器５０３は符
号量加算器５０２で求めた符号量ｂ（ｊ）の総和と期間
Ｔに割り当てた所定の符号量ＢＴとを比較する。比較器
５０３の出力は量子化パラメータ更新手段５０４および
切り換え器５０５に入力される。量子化パラメータ更新
手段は、比較器５０３の結果に応じて、ｎ個の量子化パ
ラメータｑ（ｊ）のうちのひとつを所定量ｑｓだけ増減
させて量子化パラメータｑ（ｊ）を更新する。なお、ｑ
ｓは所定の正の有理数である。更新された量子化パラメ
ータｑ（ｊ）は再び割当符号量計算器５０１に入力され
る。量子化パラメータ更新手段５０４、割当符号量計算
器５０１、符号量加算器５０２、および、比較器５０３
での処理は、符号量加算器５０３の出力と所定の符号量
ＢＴとが等しくなるまで続けられ、等しくなったとき
に、切り換え器５０５は端子５０６と接続して推定量子
化パラメータｑｔ（ｊ）として出力される。

【００５７】ただし、量子化パラメータの更新処理にお
いて、最終の推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）の総和が
最小になるように更新する。

【００５８】また、第一回目の符号量加算器５０２の出
力が所定符号量ＢＴよりも大きい場合は、量子化パラメ
ータ更新手段５０４はｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）
のうちのひとつに所定量ｑｓを加えて、符号量加算器５
０２の出力が所定符号量ＢＴよりも小さくなるまで量子
化パラメータを増加して更新処理を行うようにしてもよ
い。これには、初期量子化パラメータを十分小さな値に
しておけばよい。

【００５９】また、逆に第一回目の符号量加算器５０２
の出力が所定符号量ＢＴよりも小さい場合は、量子化パ
ラメータ更新手段５０４はｎ個の量子化パラメータｑ
（ｊ）のうちのひとつを所定量ｑｓだけ減少させ、符号
量加算器５０２の出力が所定符号量ＢＴよりも大きくな
るまで量子化パラメータを減少して更新処理を行うよう
にしてもよい。これには、初期量子化パラメータを十分
大きな値にしておけばよい。

【００６０】次に、図６において、本発明の映像符号化
装置の第５の実施例として、図５に示した量子化パラメ
ータ更新手段５０４の一例のブロック図を示している。

【００６１】ただし、図６の量子化パラメータ更新手段
は初期量子化パラメータが十分小さいものであるとし、
初期量子化パラメータで量子化符号化処理した場合、所
定期間Ｔの発生符号量は所定符号量ＢＴよりも必ず大き
いものとする。したがって、この場合においては、量子
化パラメータの更新処理はひとつの量子化パラメータを
所定量ｑｓだけ増加する処理のみとなる。

【００６２】図６のブロック図を説明すると、初期段階
では、第１のスイッチ６０６は端子６１１と接続し、第
２のスイッチ６０７は端子６１０と接続している。ま
た、最大値検出器６０２においても初期化がなされてい
る。なお、第１のスイッチ６０６および第２のスイッチ
６０７はコントロール信号によって制御される。量子化
パラメータｑｔ（ｊ）は第３のメモリ６０８、減少量計
算器６０１、および加算器６０３に入力される。

【００６３】まず、ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）は
第３のメモリ６０８の書き込みアドレス信号によって指
定されるアドレスに順次格納される。説明を簡潔にする
ためアドレスはｊとする。つまり、ｑ（１）は１番地
に、ｑ（２）は２番地に格納される。減少量計算器６０
１は、量子化パラメータｑ（ｊ）に所定量ｑｓを加えた
ときの符号量の減少量ｄｂ（ｊ）を式４のように計算す
るものである。なお、所定量ｑｓは正の有理数である。

【００６４】 db(j) = f( q(j), j) - f( q(j)+qs, j)・・・（式４）最大値検出器６０２は初期化されてから現時点までの減
少量計算器６０１の出力の最大値を検出する。加算器６
０３は量子化パラメータｑ（ｊ）に所定量ｑｓを加える
ものであり、加算器６０３の出力は、最大値検出器６０
２において減少量ｄｂ（ｊ）が最大値として検出された
場合のみメモリ６０５に格納される。また、最大値検出
器６０２によって最大値が検出された場合、書き込みア
ドレス信号は第１のメモリ６０４に格納される。ｎ個の
量子化パラメータｑ（ｊ）のうち、所定量ｑｓだけ量子
化パラメータを増加させた場合に符号量の減少量が最も
大きな量子化パラメータをｑ（ｊｍａｘ）とすると、ｎ
個の量子化パラメータｑ（ｊ）について符号量の減少量
の最小値検出処理を行うと、第１のメモリ６０４にはア
ドレスｊｍａｘが格納されており、また、第２のメモリ
６０５にはｑ（ｊｍａｘ）＋ｑｓが格納されていること
になる。

【００６５】ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）について
符号量の減少量の最大値検出処理した後、第１のスイッ
チ６０６は端子６１２に接続し、第２のスイッチ６０７
は端子６０９に接続する。したがって、第１のメモリ６
０４および第２のメモリ６０５は第３のメモリ６０８と
接続される。第３のメモリ６０８の第１のメモリ６０４
に格納されているアドレスｊｍａｘに第２のメモリ６０
５に格納されているｑ（ｊｍａｘ）＋ｑｓが格納され
る。つまり、ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）のうち
で、所定量ｑｓを量子化パラメータｑ（ｊ）に加えたと
きに符号量の減少量の最も大きいものをｑ（ｊ）＋ｑｓ
として更新することになる。量子化パラメータｑ（ｊ）
の更新処理が一回終了すると再び、第１のスイッチ６０
６および第２のスイッチ６０７、および最大値検出器６
０２は初期化されて初期段階に戻る。

【００６６】このようにして、量子化パラメータを更新
して推定量子化パラメータを求めると、量子化パラメー
タの更新処理回数が最小になり、ｎ個の量子化パラメー
タの総和は最小にすることができる。量子化パラメータ
は大きくなるにつれて量子化雑音は大きくなるため、量
子化パラメータの総和を最小にすることにより量子化雑
音は最小にすることができ、最も効率のよい符号量割当
を行うことができる。

【００６７】なお、図６のブロック図は一例であってこ
れに限られるものではなく、符号量の減少量が最も大き
い量子化パラメータを優先して更新すればよい。

【００６８】次に、図７において、本発明の映像符号化
装置の第６の実施例として、図５に示した量子化パラメ
ータ更新手段５０４の一例のブロック図を示している。

【００６９】ただし、図７の量子化パラメータ更新手段
は、第５の実施例とは逆に初期量子化パラメータが十分
大きいものであるとし、初期量子化パラメータで量子化
符号化処理した場合、所定期間Ｔの発生符号量は所定符
号量ＢＴよりも必ず小さいものとする。したがって、こ
の場合においては、量子化パラメータの更新処理はひと
つの量子化パラメータｑ（ｊ）を所定量ｑｓだけ減少す
る処理のみとなる。

【００７０】図６のブロック図を説明すると、初期段階
では、第１のスイッチ７０６は端子７１１と接続し、第
２のスイッチ７０７は端子７１０と接続している。ま
た、最小値検出器７０２においても初期化がなされてい
る。なお、第１のスイッチ７０６および第２のスイッチ
７０７はコントロール信号によって制御される。量子化
パラメータｑ（ｊ）は第３のメモリ７０８、増加量計算
器７０１、および減算器７０３に入力される。

【００７１】まず、ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）は
第３のメモリ７０８の書き込みアドレス信号によって指
定されるアドレスに順次格納される。説明を簡潔にする
ためアドレスはｊとする。つまり、ｑ（１）は１番地
に、ｑ（２）は２番地に格納される。増加量計算器７０
１は、量子化パラメータｑ（ｊ）に所定量ｑｓだけ減じ
たときの符号量の増加量ｄｂ（ｊ）を式５のように計算
するものである。なお、所定量ｑｓは正の有理数であ
る。

【００７２】 db(j) = f( q(j)-qs, j) - f( q(j), j)・・・（式５）最小値検出器７０２は初期化されてから現時点までの増
加量計算器７０１の出力の最小値を検出する。減算器７
０３は量子化パラメータｑ（ｊ）を所定量ｑｓだけ減ず
るものであり、減算器７０３の出力は、最小値検出器７
０２において増加量ｄｂ（ｊ）が最小値として検出され
た場合のみメモリ７０５に格納される。また、最小値検
出器７０２によって最小値が検出された場合、書き込み
アドレス信号は第１のメモリ７０４に格納される。ｎ個
の量子化パラメータｑ（ｊ）のうち、所定量ｑｓだけ量
子化パラメータを減少させた場合に符号量の増加量が最
も小さな量子化パラメータをｑ（ｊｍｉｎ）とすると、
ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）について符号量の増加
量の最小値検出処理を行うと、第１のメモリ７０４には
アドレスｊｍｉｎが格納されており、また、第２のメモ
リ７０５には（ｑ（ｊｍｉｎ）−ｑｓ）が格納されてい
ることになる。

【００７３】ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）について
符号量の増加量の最小値検出処理した後、第１のスイッ
チ７０６は端子７１２に接続し、第２のスイッチ７０７
は端子７０９に接続する。したがって、第１のメモリ７
０４および第２のメモリ７０５は第３のメモリ７０８と
接続される。第３のメモリ７０８の第１のメモリ７０４
に格納されているアドレスｊｍｉｎに第２のメモリ７０
５に格納されている（ｑ（ｊｍｉｎ）−ｑｓ）が格納さ
れる。つまり、ｎ個の量子化パラメータｑ（ｊ）のうち
で、所定量ｑｓを量子化パラメータｑ（ｊ）に減じたと
きに符号量の増加量の最も小さいものを（ｑ（ｊ）−ｑ
ｓ）として更新することになる。量子化パラメータｑ
（ｊ）の更新処理が一回終了すると再び、第１のスイッ
チ７０６および第２のスイッチ７０７、および最小値検
出器７０２は初期化されて初期段階に戻る。

【００７４】このようにして、量子化パラメータを更新
して推定量子化パラメータを求めると、ｎ個の量子化パ
ラメータの総和は最小にすることができる。量子化パラ
メータは大きくなるにつれて量子化雑音は大きくなるた
め、量子化パラメータの総和を最小にすることにより量
子化雑音は最小にすることができ、最も効率のよい符号
量割当を行うことができる。

【００７５】なお、図７のブロック図は一例であってこ
れに限られるものではなく、符号量の増加量が最も小さ
い量子化パラメータを優先して更新すればよい。

【００７６】また、第５の実施例で示した量子化パラメ
ータ更新処理と第６の実施例で示した量子化パラメータ
更新処理を組み合わせても構わない。つまり、所定期間
Ｔにおけるｎ個の符号量ｂ（ｊ）の総和が所定期間Ｔの
所定割当量ＢＴよりも大きい場合は、第５の実施例で説
明した量子化パラメータ更新処理を用い、ｎ個の符号量
ｂ（ｊ）の総和が所定期間Ｔの所定割当量ＢＴよりも小
さい場合は、第６の実施例で説明した量子化パラメータ
更新処理を用いるように切り換える。こうすることで量
子化パラメータの初期値についての問題はない。

【００７７】なお、第４もしくは第５もしくは第６の実
施例において、所定量ｑｓはいくらでも構わないが、小
さいものほど高い精度で推定量子化パラメータを決定す
ることができるが、一方で計算時間が大きくなるため適
当な値をとればよい。

【００７８】なお、所定量ｑｓは更新処理が進むにつれ
て小さな値に更新してもよい。こうすることで、少ない
更新回数で精度の高い推定量子化パラメータを決定する
ことができる。

【００７９】また、初期量子化パラメータは符号化レー
トなどによって適応的に決定すればよい。

【００８０】次に、図８において、本発明の映像符号化
装置の第７の実施例として、図５に示した量子化パラメ
ータ更新手段５０４の一例のブロック図を示している。
図５の量子化パラメータは本発明の映像符号化装置の第
５の実施例として説明した図６の量子化パラメータ更新
手段に、さらに比較器８０１を具備し、比較器８０１の
出力によって最大値検出器８０２は動作する。なお、初
期量子化パラメータは十分小さな値とし、量子化パラメ
ータの増加させる更新処理のみの場合である。

【００８１】比較器８０１は量子化パラメータｑ（ｊ）
に所定量ｑｓを加えた結果（ｑ（ｊ）＋ｑｓ）を所定の
上限値（ｑ＿ｈｉｇｈ）と比較する。最大値検出器８０
２は比較器８０１において、（ｑ（ｊ）＋ｑｓ）が上限
値よりも小さい場合のみ減少量計算器６０１の出力の最
大値を検出する。

【００８２】したがって、ｑ（ｊ）＋ｑｓが所定上限値
より小さい量子化パラメータに対してのみが更新処理の
対象となり、その結果として得られる推定量子化パラメ
ータは所定上限値以下となる。

【００８３】また、図６の構成とすると量子化パラメー
タは所定量ｑｓを加える方向のみの更新処理であるた
め、推定量子化パラメータの下限値は初期量子化パラメ
ータとして得られる。

【００８４】なお、第６の実施例で説明したように、初
期量子化パラメータが十分大きく、量子化パラメータを
減少させる更新処理のみの場合は、第７の実施例と同様
に（ｑ（ｊ）−ｑｓ）が所定下限値よりも大きい量子化
パラメータに対してのみを更新処理の対象とする。こう
することで、得られる推定量子化パラメータは所定下限
値よりも大きくすることができる。また、推定量子化パ
ラメータの上限値は初期パラメータによって定められ
る。

【００８５】また、第５の実施例で説明した量子化パラ
メータ更新手段と第６の実施例で説明した量子化パラメ
ータ更新手段を組み合わせた場合も同様に推定量子化パ
ラメータの下限値および上限値を設定する。

【００８６】このように、推定量子化パラメータの上限
値を制限することにより、圧縮符号化する難度が高い映
像においても高い画質が得られるようにできる。また、
下限値を制限することで、難度の低い画像においての必
要以上に量子化パラメータを小さくすることがなくな
る。したがって、再生映像信号の画質を均一に保つこと
ができ、全体的な画質を向上することができる。

【００８７】なお、上限値あるいは下限値は全体の符号
化レートなどによって適当な値をとればよい。

【００８８】なお、図８で示した量子化パラメータの更
新手段は一例であって、所定範囲内にある量子化パラメ
ータのみを更新すれば何でも構わない。

【００８９】また、上限値あるいは下限値は暫定量子化
パラメータによって規定してもよい。これは、暫定量子
化パラメータからｂ（ｊ）＝ｆ（ｑ，ｊ）なる関数を推
定するが、推定量子化パラメータの値が暫定量子化パラ
メータよりも大きく異なると関数ｆ（ｑ，ｊ）の推定精
度が低下する場合がある。したがって、暫定量子化パラ
メータの最大値あるいは最小値によって更新する推定量
子化パラメータの範囲を制御する。

【００９０】次に、図９において、本発明の映像符号化
装置の第８の実施例として、第７の実施例で説明した推
定量子化パラメータの範囲を決定する手段のブロック図
を示している。

【００９１】図９のブロック図について説明すると、暫
定量子化パラメータＱ（１）およびＱ（２）によって、
量子化符号化処理したときの期間ｔ（ｊ）の発生符号量
Ｂ（Ｑ（１），ｊ）、およびＢ（Ｑ（２），ｊ）をそれ
ぞれ第１の総和計算器９０１および第２の総和計算器９
０２に入力する。第１の総和計算器９０１は期間ｔ
（ｊ）の発生符号量Ｂ（Ｑ（１），ｊ）を期間Ｔにわた
って加算し、期間Ｔの発生符号量Ｂ１を求めて出力す
る。なお、期間ｔ（ｊ）は期間Ｔをｎ分割したひとつの
期間出ある。第２の総和計算器９０２についても同様
に、Ｂ（Ｑ（２），ｊ）を期間Ｔの総和を求めて期間Ｔ
の発生符号量Ｂ２を出力する。関数推定器９０３は発生
符号量Ｂ１、Ｂ２と暫定量子化パラメータＱ（１）、Ｑ
（２）からＢ＝Ｆ（Ｑ）あるいはその逆関数であるＱ＝
Ｇ（Ｂ）なる関数を推定する。これは第１から第３のい
ずれかの実施例で説明した関数推定器と同様であるが、
期間Ｔにおける関数を推定するものである。推定した関
数は固定量子化パラメータ計算器９０４に入力する。固
定量子化パラメータ計算器９０４は期間Ｔに割り当てた
所定符号量ＢＴからＢｔ＝Ｆ（Ｑｆ）となるＱｆを求め
て出力する。このＱｆは期間Ｔにわたって量子化符号化
処理した場合に発生符号量がＢＴとなる固定量子化パラ
メータである。量子化パラメータ範囲計算器９０５は求
めた固定量子化パラメータＱｆから推定量子化パラメー
タの上限値あるいは下限値あるいはその両方を求めて出
力する。

【００９２】固定量子化パラメータＱｆは期間Ｔにおけ
る映像信号の平均的な難易度を示す尺度でもあり、Ｑｆ
を基準にして量子化パラメータの大きさを評価すること
ができる。したがって、この固定量子化パラメータを用
いて推定量子化パラメータのとる範囲を限定すること
で、期間Ｔの映像信号により適応した制御を行うことが
できる。

【００９３】なお、推定量子化パラメータの上限値ある
いは下限値のいずれか一方のみを第８の実施例で説明し
た手段で決定し、他方は所定値としても構わないし、暫
定量子化パラメータの大きさに応じて決定しても構わな
い。

【００９４】なお、図９に示したブロック図は一例であ
って、固定量子化パラメータの求め方はこれに限るもの
ではなく、期間Ｔにおいて同一の量子化パラメータで量
子化符号化処理したときに所定の符号量ＢＴとなる固定
量子化パラメータを求めれば何でも構わない。例えば、
第１から第３の実施例では、期間ｔ（ｊ）ごとの符号量
を測定しているために、ここでは第１および第２の総和
計算器９０１、９０２を具備したが、直接符号化ビット
ストリームから期間Ｔの符号量を測定すれば必要なくな
る。

【００９５】次に、図１０において本発明の映像符号化
装置の第９の実施例として図１もしくは図２で示した符
号量割当器１１３のブロック図を示している。図１０の
符号量割当器は、第４の実施例として説明した図５の符
号量割当器において、さらに量子化パラメータ初期化器
１００１、第２の割当符号量計算器１００２、最大符号
量制限器１００３、および量子化パラメータ再計算器１
００４を具備して、初期量子化パラメータを補正するも
のである。以下、符号量割当器の動作について説明す
る。

【００９６】まず、量子化パラメータｑ（ｊ）を量子化
パラメータ初期化器１００１によって所定の初期値ｑｉ
とする。第２の符号量計算器１００２は推定した関数ｆ
（ｑ，ｊ）から初期符号量ｂ（ｊ）＝ｆ（ｑｉ，ｊ）を
計算する。最大符号量計算器１００３は計算した初期符
号量ｂ（ｊ）が所定の最大符号量ｂｍよりも大きい場合
は、初期符号量ｂ（ｊ）をｂｍとして更新する。量子化
パラメータ再計算器１００４は、符号量ｂ（ｊ）を最大
符号量ｂｍとして更新したものに対して、量子化パラメ
ータｑ（ｊ）を計算する。この際にｂ＝ｆ（ｑ，ｊ）の
逆関数ｑ＝ｇ（ｂ，ｊ）を求めておけば、ｑ（ｊ）＝ｇ
（ｂ（ｊ），ｊ）として計算すればよい。このように計
算しなおした量子化パラメータｑ（ｊ）は初期量子化パ
ラメータとして量子化パラメータ更新手段５０４に入力
される。量子化パラメータの更新処理については、第４
から第８の実施例で説明したのと同様である。ただし、
期間Ｔにおけるｎ個の割当符号量ｂｔ（ｊ）が最大符号
量ｂｍを越えないようにする必要がある。したがって、
最大符号量ｂｍを越えないように更新した初期量子化パ
ラメータはさらに小さくすることないように更新処理す
る。

【００９７】このように、構成することにより割当符号
量の最大符号量を制限することができ、再生装置での最
大符号速度に応じた符号化処理を行うことができる。

【００９８】なお、図１０で示した実施例は一例であっ
て、これに限らず、割当符号量の最大値を制限するもの
であれば何でも構わない。例えば、符号量計算器５０１
において最大値を越える検出を行い、最大値を越える場
合は量子化パラメータを補正するようにしても構わな
い。また、量子化パラメータ更新手段において最大符号
量にならないように制御しても構わない。

【００９９】なお、第４から第９の実施例において量子
化パラメータと符号量との関係を示す関数ｆ（ｑ，ｊ）
は式１で示したものでも構わないし何でも構わない。

【０１００】また、前述の各実施例における関数ｂ＝ｆ
（ｑ，ｊ）はその逆関数ｑ＝ｇ（ｂ，ｊ）であっても構
わない。

【０１０１】次に、図１１において本発明の光ディスク
および映像再生装置の第１０の実施例を示している。光
ディスク１１０１は期間Ｔをｎ分割した期間ｔ（ｊ）ご
とに異なる符号量で映像信号を可変長符号化処理して得
られた符号化ビットストリームを所定の記録フォーマッ
トで記録したものである。また、符号化ビットストリー
ムには期間ｔ（ｊ）の符号量を符号化したデータを多重
化してある。なお、符号化ビットストリームは前述の第
１から第９の実施例で説明した映像符号化装置を用いた
ものでよいが、これに限るものではない。

【０１０２】次に、映像再生装置の説明を以下に述べ
る。ピックアップ１１０２は光ディスク１１０１から記
録データを読みとり出力するものである。ピックアップ
１１０２の出力は再生処理器１１０３に入力され、再生
処理器１１０３は所定の符号量のデータを蓄積して、エ
ラー修正、および所定の記録フォーマットの逆変換を行
い符号化ビットストリームを出力する。符号化ビットス
トリームは可変長復号化器１１０４によって復号され
る。可変長復号化器１１０４は量子化パラメータ、期間
ｔ（ｊ）の符号量および変換係数の量子化データを出力
する。出力された符号量はシステムコントローラ１１０
８に入力される。システムコントローラ１１０８は入力
された符号量によってピックアップ１１０２のデータ読
みとり処理を制御する。つまり、映像再生装置において
符号化ビットストリームのオーバーフローあるいはアン
ダーフローが生じないように、必要とする符号量のみの
データを光ディスクから読み出すように制御するのであ
る。

【０１０３】量子化データ、量子化パラメータは逆量子
化器１１０５によって逆量子化処理が行われ、逆直交変
化器１１０６に入力される。逆直交変換器１１０６は第
１から第９の実施例で説明した符号化装置を用いた場合
は、逆ＤＣＴ変換を行うが、符号化装置において行った
直交変換の逆変換であれば何でもよい。逆変換されたデ
ータはメモリ１１０７に入力され、再生映像信号が構成
され出力される。

【０１０４】このように、所定期間ｔ（ｊ）の符号量に
応じてデータの読みだしを制御することでオーバーフロ
ーあるいはアンダーフローを起こすことなく、再生処理
を行うことができる。

【０１０５】なお、映像再生装置は光ディスクを再生す
るとしたが磁気ディスクであっても構わない。

【０１０６】

【発明の効果】以上のように本発明は、所定期間Ｔをさ
らにｎ分割した期間ｔにおいて量子化パラメータと発生
符号量とを関数で関係づけて、前記期間ｔにおける符号
量を割り当てることにより、映像信号を符号化処理する
うえでの難易度に応じた最適な符号量割当を行うことが
できる。さらに、推定した関数を用いてることにより、
割り当てた符号量を得る量子化パラメータを正確に求め
ることができ、精度の高い符号量制御を行うことができ
る。また、量子化パラメータＱと発生符号量Ｂとを関数
Ｂ＝ｒ／Ｑ＋ｓで関係づけることにより、量子化パラメ
ータと発生符号量との特性がよりよく近似され、所定の
割当符号量におさめる量子化パラメータを高い精度で推
定ことができ、可変長符号化を行う場合であっても、所
定の符号量に制御することが容易に実現できる。

【０１０７】また、前記関数内の係数ｓを定数としてあ
らかじめ設定しておくことで、係数ａのみを計算すれば
よくなり、係数推定のための回路規模を削減することが
できる。

【０１０８】また、量子化処理に依存しない付加データ
の符号量によって前記係数ｓを規定することで、精度の
高い特性近似が得られる。

【０１０９】また、量子化パラメータの総和を最小にな
るように符号量割り当てすることにより、量子化雑音が
最小の高画質の再生映像信号を得ることができる。

【０１１０】また、量子化パラメータの範囲を限定する
ことにより、画質の均一が得ることができる。

【０１１１】さらに、割り当てる符号量の最大値を制限
することにより、再生装置での破綻をきたさないように
符号化処理することができる。

【０１１２】また、割当符号量あるいは発生符号量を符
号化ビットストリームに多重化することにより、再生装
置において記録媒体から読み出すのに必要な符号量を認
識することができ、再生装置においてデータのオーバー
フロー、あるいはアンダーフローを起こすことなく再生
処理することができる。

【０１１３】また、映像再生装置は符号化ビットストリ
ームに多重化された符号量を読み出し、読みだした符号
量に応じて記録媒体からの読み出すデータ量を制御する
ことにより、オーバーフロー、あるいはアンダーフロー
を起こすことなく再生処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例における映像符号化装置
の一例のブロック図

【図２】複数の量子化パラメータと発生符号量とを示す
グラフ

【図３】複数の量子化パラメータの逆数値と発生符号量
とを示すグラフ

【図４】本発明の第３の実施例における映像符号化装置
のブロック図

【図５】本発明の第４の実施例における符号量割当器の
一例のブロック図

【図６】本発明の第５の実施例における量子化パラメー
タ更新手段の一例のブロック図

【図７】本発明の第６の実施例における量子化パラメー
タ更新手段の一例のブロック図

【図８】本発明の第７の実施例における量子化パラメー
タ更新手段の一例のブロック図

【図９】本発明の第８の実施例における推定量子化パラ
メータの範囲を決定する手段の一例のブロック図

【図１０】本発明の第９の実施例における符号量割当器
の一例のブロック図

【図１１】本発明の第１０の実施例における光ディスク
と映像再生装置の一例のブロック図

【符号の説明】

１０１ブロック分割器１０２ＤＣＴ変換器１０３遅延器１０４、１０５、１０６量子化器１０７、１０８、１０９可変長符号化器１１０、１１１、４１５符号量測定器１１２関数推定器１１３符号量割当器１１４乗算器４０１付加データ量測定器４０２関数推定器４０３符号量測定器４０４多重化器５０４量子化パラメータ更新手段６０１符号量減少量計算器６０２最大値検出器７０１符号量増加量計算器７０２最小値検出器８０１比較器８０２最大値検出器９０１，９０２総和計算器９０３関数推定器９０４固定量子化パラメータ計算器９０５量子化パラメータ範囲計算器１００３最大符号量制限器１１０１光ディスク

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号を圧縮可変長符号化処理する装
置であって、Ｎ個（Ｎは所定の自然数）の暫定量子化パ
ラメータＱ（ｉ）（ｉは前記自然数Ｎ以下の自然数）に
比例した量子化幅で前記映像信号を量子化してＮ個の量
子化データを出力する手段と、前記Ｎ個の量子化データ
を可変長符号化処理してＮ個の暫定符号化ビットストリ
ームＳ（ｉ）を出力する手段と、第１の所定期間Ｔをｎ
個（ｎは所定の自然数）に分割した期間のひとつを第２
の所定期間ｔ（ｊ）（ｊは前記自然数ｎ以下の自然数）
として、前記第２の所定期間ｔ（ｊ）内の前記暫定符号
化ビットストリームＳ（ｉ）の符号量Ｂ（ｉ，ｊ）を測
定する手段と、前記暫定量子化パラメータＱ（ｉ）と前
記符号量Ｂ（ｉ，ｊ）とを用いて、連続した値をとる量
子化パラメータｑと前記第２の所定期間ｔ（ｊ）内の符
号化ビットストリームの符号量ｂ（ｊ）とをｂ（ｊ）＝
ｆ（ｑ，ｊ）なる関数で関係づけて前記関数ｆ（ｑ，
ｊ）を推定する手段と、前記第１の所定期間Ｔの符号化
ビットストリームの符号量が前記第１の所定期間Ｔに割
り当てた所定の割当符号量ＢＴと等しくなるように前記
第２の所定期間ｔ（ｊ）に割り当てる割当符号量ｂｔ
（ｊ）、およびｂｔ（ｊ）＝ｆ（ｑｔ（ｊ），ｊ）とな
る推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）を前記関数ｆ（ｑ，
ｊ）を用いて決定する符号量割当手段と、前記符号量割
当手段によって決定された推定量子化パラメータｑｔ
（ｊ）および割当符号量ｂｔ（ｊ）で前記第２の所定期
間ｔ（ｊ）の前記映像信号を再び量子化処理、可変長符
号化処理して出力符号化ビットストリームを出力する再
符号化手段とを具備し、前記符号量割当手段は、第１の
所定期間Ｔにおけるｎ個の推定量子化パラメータｑｔ
（ｊ）の総和が最も小さくなるように前記推定量子化パ
ラメータｑｔ（ｊ）を更新する量子化パラメータ更新手
段を具備し、前記推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）を用
いたときの割当符号量ｂｔ（ｊ）の前記第１の所定期間
Ｔの総数が所定の割当符号量ＢＴと等しくなるまで前記
推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）を更新することを特徴
とするすることを特徴とする映像符号化装置。
【請求項２】関数ｆ（ｑ，ｊ）は、ｒ（ｊ）／ｑ＋ｓ
（ｊ）（ｒ（ｊ）、ｓ（ｊ）は第２の所定期間ｔ（ｊ）
における係数）なる関数であることを特徴とする請求項
１記載の映像符号化装置。
【請求項３】第２の所定期間ｔ（ｊ）に割り当てる割
当符号量ｂｔ（ｊ）を符号化した符号列を出力ビットス
トリームに多重化する手段を具備することを特徴とする
請求項１記載の映像符号化装置。
【請求項４】第２の所定期間ｔ（ｊ）の出力符号化ビ
ットストリームの符号量を測定する手段と、前記出力符
号化ビットストリームの符号量を符号化した符号列を前
記出力符号化ビットストリームに多重化する手段を具備
することを特徴とする請求項１記載の映像符号化装置。
【請求項５】関数ｆ（ｑ，ｊ）＝ｒ（ｊ）／ｑ＋ｓ
（ｊ）において、係数ｓ（ｊ）は定数とすることを特徴
とする請求項２記載の映像符号化装置。
【請求項６】量子化処理とは独立に発生する符号化デ
ータの第２の所定期間ｔ（ｊ）の符号量を測定する付加
データ量測定手段を具備し、関数ｆ（ｑ，ｊ）＝ｒ
（ｊ）／ｑ＋ｓ（ｊ）において、前記係数ｓ（ｊ）は前
記付加データ量測定手段の出力に規定されることを特徴
とする請求項２記載の映像符号化装置。
【請求項７】Ｍ個（Ｍは２以上の整数）のフレーム
（以下、またはフィールド）のうちのひとつのフレーム
はフレーム内符号化処理し、他の（Ｍ−１）個のフレー
ムはフレーム間予測符号化処理して圧縮符号化する場
合、第２の所定期間ｔ（ｊ）は（ｋ×Ｍフレーム分の時
間）（ｋは自然数）であることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の映像符号化装置。
【請求項８】符号量割当手段は、第１の所定期間Ｔに
おけるそれぞれの割当符号量ｂｔ（ｊ）が所定の最大割
当符号量以下になるように制限することを特徴とする請
求項１または２記載の映像符号化装置。
【請求項９】量子化パラメータ更新手段は、量子化パ
ラメータの初期値を十分小さく設定して、前記初期値に
おいては第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の割当符号量ｂ
ｔ（ｊ）の総和が前記第１の所定期間Ｔに割り当てた所
定符号量ＢＴよりも大きくし、前記第１の所定期間Ｔに
おけるｎ個の前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）のうち
で、所定量ｑｓ（ｑｓは任意の正の有理数）をｑｔ
（ｊ）に加えたときに前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の減少
量が最も大きいものをｑｔ（ｊ）＝（ｑｔ（ｊ）＋ｑ
ｓ）として更新することを特徴とする請求項８記載の映
像符号化装置。
【請求項１０】量子化パラメータ更新手段は、量子化
パラメータの初期値を十分大きく設定して、前記初期値
においては第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の割当符号量
ｂｔ（ｊ）の総和が前記第１の所定期間Ｔに割り当てた
所定符号量ＢＴよりも小さくし、前記第１の所定期間Ｔ
におけるｎ個の前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）のうち
で、前記所定量ｑｓをｑｔ（ｊ）から減じたときに前記
割当符号量ｂｔ（ｊ）の増加量が最も小さいものをｑｔ
（ｊ）＝（ｑｔ（ｊ）−ｑｓ）として更新することを特
徴とする請求項８記載の映像符号化装置。
【請求項１１】量子化パラメータ更新手段は、第１の
所定期間Ｔにおけるｎ個の割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和
が前記第１の所定期間Ｔに割り当てた所定符号量ＢＴと
比較して大きい場合は、前記第１の所定期間Ｔにおける
ｎ個の前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）のうちで、所定
量ｑｓ（ｑｓは任意の正の有理数）をｑｔ（ｊ）に加え
たときに前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の減少量が最も大き
いものをｑｔ（ｊ）＝（ｑｔ（ｊ）＋ｑｓ）として更新
し、前記第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記割当符号
量ｂｔ（ｊ）の総和が前記割当符号量ＢＴと比較して小
さい場合は、前記第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記
量子化パラメータｑｔ（ｊ）のうちで、前記所定量ｑｓ
をｑｔ（ｊ）から減じたときに前記割当符号量ｂｔ
（ｊ）の増加量が最も小さいものをｑｔ（ｊ）＝（ｑｔ
（ｊ）−ｑｓ）として更新することを特徴とする請求項
８記載の映像符号化装置。
【請求項１２】所定量ｑｓを量子化パラメータｑｔ
（ｊ）の更新処理が進むにつれて小さくすることを特徴
とする請求項１１記載の映像符号化装置。
【請求項１３】量子化パラメータ更新手段は、所定範
囲内にある量子化パラメータｑｔ（ｊ）のみ更新するこ
とを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の映像
符号化装置。
【請求項１４】所定範囲は、Ｎ個の暫定量子化パラメ
ータＱ（ｉ）によって規定されることを特徴とする請求
項１３記載の映像符号化装置。
【請求項１５】符号量割当手段は、第２の所定期間ｔ
（ｊ）における量子化パラメータを第１の所定期間Ｔに
わたって同一とし、かつ前記第１の所定期間Ｔの符号化
ビットストリームの符号量が所定割当符号量ＢＴと等し
くする固定量子化パラメータＱｆを求める手段を具備
し、所定範囲は前記固定量子化パラメータＱｆによって
規定されることを特徴とする請求項１３記載の映像符号
化装置。
【請求項１６】映像信号をＮ個（Ｎは所定の自然数）
の暫定量子化パラメータＱ（ｉ）（ｉは前記自然数Ｎ以
下の自然数）に比例した量子化幅で前記映像信号を量子
化処理し、可変長符号化処理してＮ個の暫定符号化ビッ
トストリームＳ（ｉ）を求め、第１の所定期間Ｔをｎ個
（ｎは所定の自然数）に分割した期間のひとつを第２の
所定期間ｔ（ｊ）（ｊは前記自然数ｎ以下の自然数）と
して、前記第２の所定期間ｔ（ｊ）の前記暫定符号化ビ
ットストリームＳ（ｉ）の符号量Ｂ（ｉ，ｊ）を測定
し、前記暫定量子化パラメータＱ（ｉ）と前記符号量Ｂ
（ｉ，ｊ）とを用いて、連続した値をとる量子化パラメ
ータｑと前記第２の所定期間ｔ（ｊ）の符号化ビットス
トリームの符号量ｂ（ｊ）とをｂ（ｊ）＝ｆ（ｑ，ｊ）
なる関数で関係づけて前記関数ｆ（ｑ，ｊ）および前記
関数ｆ（ｑ，ｊ）の逆関数ｑ（ｊ）＝ｇ（ｂ，ｊ）（ｂ
は任意の符号量）を推定し、前記第１の所定期間Ｔの符
号化ビットストリームの符号量が前記第１の所定期間Ｔ
に割り当てた所定の割当符号量ＢＴと等しくなるように
前記第２の所定期間ｔ（ｊ）に割り当てる割当符号量ｂ
ｔ（ｊ）、およびｑｔ（ｊ）＝ｇ（ｂｔ（ｊ），ｊ）な
る推定量子化パラメータｑｔ（ｊ）を決定し、前記推定
量子化パラメータｑｔ（ｊ）に比例した量子化幅で前記
第２の所定期間ｔ（ｊ）の映像信号を再び量子化処理し
可変長符号化処理して出力符号ビットストリームを出力
する映像符号化方法であって、推定量子化パラメータを
決定する方法は、まず、前記推定量子化パラメータｑｔ
（ｊ）を所定の初期パラメータｑｉとし、割当符号量ｂ
ｔ（ｊ）をｆ（ｑｉ，ｊ）として符号量求め、前記割当
符号量ｂｔ（ｊ）が所定の最大符号量ｂｍと比較して大
きい場合は、前記割当符号量ｂｔ（ｊ）を前記最大符号
量ｂｍとして更新し、更新した前記割当符号量ｂｔ
（ｊ）に対して量子化パラメータｑｔ（ｊ）をｇ（ｂ
ｍ，ｊ）として更新し、前記第１の所定期間Ｔにおける
ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和と前記割当符号
量ＢＴと比較し、ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総
和が前記割当符号量ＢＴと比較して大きい場合は、前記
第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記量子化パラメータ
ｑｔ（ｊ）のうちで、所定量ｑｓ（ｑｓは任意の正の有
理数）を前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）に加えたとき
前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の減少量が最も大きい量子化
パラメータｑｔ（ｊ）を（ｑｔ（ｊ）＋ｑｓ）として更
新し、ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和が前記割
当符号量ＢＴと比較して小さい場合は、前記第１の所定
期間Ｔにおけるｎ個の前記量子化パラメータｑｔ（ｊ）
のうちで、前記所定量ｑｓをｑｔ（ｊ）から減じたとき
前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の増加量が最も小さい量子化
パラメータｑｔ（ｊ）を（ｑｔ（ｊ）−ｑｓ）として更
新し、更新した量子化パラメータｑｔ（ｊ）に対して割
当符号量ｂｔ（ｊ）をｆ（ｑｔ（ｊ），ｊ）として更新
し、ｎ個の前記割当符号量ｂｔ（ｊ）の総和と前記割当
符号量ＢＴと等しくなるまで前記量子化パラメータｑｔ
（ｊ）および割当符号量ｂｔ（ｊ）の更新を行い、前記
第１の所定期間Ｔにおけるｎ個の前記量子化パラメータ
ｑｔ（ｊ）を決定することを特徴とする映像符号化方
法。
【請求項１７】関数ｆ（ｑ，ｊ）は、ｒ（ｊ）／ｑ＋
ｓ（ｊ）（ｒ（ｊ）、ｓ（ｊ）は第２の所定期間ｔ
（ｊ）における係数）なる関数とすることを特徴とする
請求項１６記載の映像符号化方法。
【請求項１８】量子化処理とは独立に発生する符号化
データの第２の所定期間ｔ（ｊ）の符号量を付加データ
量として測定し、関数ｆ（ｑ，ｊ）＝ｒ（ｊ）／ｑ＋ｓ
（ｊ）において、前記係数ｓ（ｊ）は前記付加データ量
に規定されることを特徴とする請求項１７記載の映像符
号化方法。
【請求項１９】第２の所定期間ｔ（ｊ）に割り当てる
割当符号量ｂｔ（ｊ）、および量子化パラメータｑｔ
（ｊ）を最大符号量ｂｍによる更新処理した後、第１の
所定期間Ｔの符号量が所定割当符号量ＢＴと等しくなる
ように更新する処理において、所定範囲内にある前記量
子化パラメータｑｔ（ｊ）のみを更新することを特徴と
する請求項１６または１７記載の映像符号化方法。
【請求項２０】所定範囲は、Ｎ個の暫定量子化パラメ
ータＱ（ｉ）によって規定されることを特徴とする請求
項１９記載の映像符号化方法。
【請求項２１】第２の所定期間ｔ（ｊ）における量子
化パラメータを第１の所定期間Ｔにわたって同一とし、
かつ前記第１の所定期間Ｔの符号化ビットストリームの
符号量が所定割当符号量ＢＴと等しくなる固定量子化パ
ラメータＱｆを求め、所定範囲は前記固定量子化パラメ
ータＱｆによって規定されることを特徴とする請求項１
９記載の映像符号化方法。
【請求項２２】所定量ｑｓを量子化パラメータｑｔ
（ｊ）の更新処理が進むにつれて小さくすることを特徴
とする請求項１６記載の映像符号化方法。