JP3159230B2 - 画像信号用可変レート符号化装置 - Google Patents

画像信号用可変レート符号化装置

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JP3159230B2 JP13878393A JP13878393A JP3159230B2 JP 3159230 B2 JP3159230 B2 JP 3159230B2 JP 13878393 A JP13878393 A JP 13878393A JP 13878393 A JP13878393 A JP 13878393A JP 3159230 B2 JP3159230 B2 JP 3159230B2
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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、画像信号のディジタル
伝送装置において、符号化レートの変更が可能な画像信
号用可変レート符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】可変レート伝送が可能なネットワークと
接続して画像信号をディジタル伝送するシステムでは、
符号化装置に量子化ステップサイズが異なる複数の量子
化テーブルを用意し、ネットワークの輻輳状態に対応し
て量子化テーブルを切り替えて符号化レートを可変させ
る方式をとっている。
【0003】図3は、従来の画像信号用可変レート符号
化装置の構成例を示す。図において、量子化テーブル3
1は、大きい量子化ステップサイズから小さい量子化ス
テップサイズまでを含むテーブルである。量子化制御部
32は1つの量子化テーブルを選択し、量子化器33に
はその量子化ステップサイズに応じた符号化レートが設
定される。入力される画像信号aは、量子化器33,減
算器34,加算器35,フレームメモリ36により構成
される符号化部で符号化される。バッファメモリ37
は、その符号化データbを一旦蓄積した後にネットワー
クに送出する。
【0004】ここで、符号化部における符号化処理につ
いて説明する。符号化処理にはフレーム内符号化と、
前フレームからの予測を用いる前方予測符号化と、
前後のフレームからの予測を用いる両方向予測符号化と
がある。
【0005】 フレーム内符号化は、フレーム内のデ
ータのみを用いて符号化するものであり、当該フレーム
の符号化データのみを用いて復号化可能である。 前方予測符号化は、通常は前フレームの復号データ
に対して動きベクトル分だけ位置をずらす動き補償を行
った後に、同位置にある画像サンプル値との差分(予測
誤差)データを符号化するものである。
【0006】 両方向予測符号化は、通常は前後各々
のフレームの復号データに対して同様の動き補償を行っ
た後に、前フレームまたは後フレームの同位置にある画
像サンプル値との差分データ、あるいは前後のフレーム
の同位置にある画像サンプル値の平均値との差分データ
を符号化するものである。
【0007】これらの各符号化処理はフレームメモリ3
6を用いて行われるが、入力フレームに対する予測モー
ドの割り当て(使用比率)は予め固定されている。以
下、予測モードの割り当てについて、図4に示すMPE
G( Moving Picture ExpertGroup)方式による予測処
理例を参照して説明する。なお、MPEG方式は、複数
の動画像フレームを1組として符号化処理する動画像符
号化の国際標準の一つになっている。
【0008】図4において、(1)は中1フレームについ
て両方向予測符号化したものであり、(2)は中2フレー
ムについて両方向予測符号化したものである。なお、I
はフレーム内符号化データであり、Iフレームデータの
みで画像信号の復元が可能である。Pは前方予測符号化
データであり、IフレームデータまたはPフレームデー
タを用いて予測符号化を行っているので、再生にはこれ
らのデータの再生が必要である。Bは両方向予測符号化
データであり、IフレームデータとPフレームデータ、
または前後のPフレームデータを用いて予測符号化を行
っているので、再生にはこれらのデータの再生が必要で
ある。(3) は (2)の予測符号化による各データの伝送順
序の例を示したものであり、受信側における復号処理の
順序に合わせてI,P,B,B,P,…,I,B,Bの
順に伝送される。各データには、定位置に同期信号、デ
ータ種別および動きベクトル等の予測に用いたサイド情
報が含まれており、データの途中から区切りを検出して
情報を取り出したり、符号化データの復号処理が可能に
なっている。
【0009】従来装置では、図4(1) または (2)に示す
ように、処理フレーム単位(15フレーム)であらかじめ
設定した使用比率に応じて予測モードを切り替え、(3)
に示すように対応する順序で伝送する構成になってい
る。ここで、I,P,Bの各フレームに対する符号化レ
ートは、(4) に示すようにIフレームデータが最も大き
く、Bフレームデータが最も小さい。したがって、両方
向予測符号化の使用比率を大きくすれば平均符号化レー
トを低減させることができるが、従来はこの使用比率が
固定されていた。
【0010】そこで、従来装置は、量子化テーブル31
を切り替えて符号化レートを変更する構成になってい
る。すなわち、同一入力信号に対して大きい量子化ステ
ップサイズの量子化テーブルを用いれば出力量子化レベ
ル数は少なくなり、それに対応付けるコード長も短くで
きるので、結果的に符号化レートが低減できるというも
のである。逆に、小さい量子化ステップサイズの量子化
テーブルを選択すれば符号化レートは増加する。
【0011】なお、量子化テーブル31の選択は、量子
化制御部32の制御に基づいて行われる。量子化制御部
32は、バッファメモリ37内のデータ量cを監視し、
データ量が所定値より大きくなれば大きい量子化ステッ
プサイズの量子化テーブルを選択し、データ量が所定値
より小さくなれば小さい量子化ステップサイズの量子化
テーブルを選択することにより、所定の符号化レートに
なるように制御する。
【0012】また、量子化制御部32はネットワークか
らの符号化レート指示信号dを受け、対応する量子化ス
テップサイズの量子化テーブルを使用することにより符
号化レートを制御する。たとえば、ネットワークが輻輳
状態になった場合には、ネットワーク側から符号化レー
トを低減させる符号化レート指示信号dを受け、大きい
量子化ステップサイズの量子化テーブルに切り替えて符
号化レートを低減させるようになっている。なお、符号
化レート指示信号dには、その他にネットワークの輻輳
状態に対応して、符号化レートの増加あるいは所定の符
号化レートの設定を指示するものがある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の画
像信号用可変レート符号化装置では、予測モードの割り
当て(使用比率)が固定されており、予測処理に係わる
符号化レートは一定になっていた。したがって、符号化
レートの変更は、量子化ステップサイズの異なる量子化
テーブルへの切り替えによる方法がとられていた。
【0014】しかし、符号化レートの低減は大きい量子
化ステップサイズの量子化テーブルを選択すれば可能な
ものの、量子化ノイズが増加するために画像品質の劣化
は避けられない。すなわち、量子化ステップサイズの変
更によって符号化レートを変更させる方式では、画像品
質への影響が大きいために大幅な符号化レートの低減は
困難であった。また、量子化テーブル自体を符号化装置
側から復号化装置側に伝送する方式では、量子化テーブ
ルの変更に伴って量子化テーブル自体の情報を伝送しな
ければならず、その分の符号化データが伝送できなくな
る。これでは、却って画像品質を劣化させることにな
り、符号化レート低減のために頻繁に量子化テーブルを
変更することができなかった。このようなことから、従
来装置では符号化レートを柔軟に変更することができ
ず、その可変範囲も限られていた。
【0015】さらに、符号化処理中のデータに対しては
量子化テーブルの変更ができない。そのために、符号化
レートの低減指示から実際に符号化レートが低減される
までに処理遅延が生じ、その間にネットワークの輻輳に
よるデータ廃棄が生ずることがあった。また、バッファ
メモリ内にすでに蓄積されている符号化データについて
も処理遅延の問題は同様であり、量子化テーブルが速や
かに切り替わったとしても、実際に符号化レートが変更
になるのはバッファメモリ内の蓄積データがすべて送出
されてからとなっていた。このように、従来装置では符
号化レートの変更指示に対する応答が遅く、さらにバッ
ファメモリにおける遅延も加わるために、その間にネッ
トワーク上でデータ廃棄が生じて画像品質を劣化させる
ことがあった。
【0016】本発明は、ネットワーク側からの符号化レ
ート指示信号に対して柔軟に、さらに速やかに符号化レ
ートを変更することができる画像信号用可変レート符号
化装置を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、符号化手段,量子化制御手段およびバッファメモリ
を備え、量子化制御手段が符号化手段に対して両方向予
測符号化による予測誤差データに対して大きな量子化ス
テップサイズの量子化テーブルを割り当てる画像信号用
可変レート符号化装置において、符号化レート指示信号
を受け、それが符号化レートの低減を指示するときに、
符号化手段における各予測モードの使用比率を変更して
両方向予測符号化の割合を高める制御を行う符号化レー
ト制御手段を備えたことを特徴とする。
【0018】請求項2に記載の発明は、符号化手段,量
子化制御手段およびバッファメモリを備えた画像信号用
可変レート符号化装置において、符号化レート指示信号
を受け、それが符号化レートの低減を指示するときに、
フレーム間予測符号化データについてはその予測に用い
たサイド情報のみをバッファメモリから送出させる符号
化レート制御手段を備えたことを特徴とする。
【0019】
【作用】請求項1に記載の発明では、符号化レートを低
減させる場合には、符号化レート制御手段が前後のフレ
ームからの予測を用いる両方向予測符号化を多用するよ
うに符号化手段を制御する。これにより、量子化ノイズ
の増加を最小限に抑えながら時間方向の冗長度を利用し
て確実に符号化レートを低減させることができる。ま
た、量子化テーブルの切り替えを伴わないので、柔軟に
符号化レートを変更することができる。
【0020】請求項2に記載の発明は、符号化レートを
低減させる場合には、符号化レート制御手段がフレーム
間予測符号化データについてはその予測に用いたサイド
情報のみを送出するようにバッファメモリを制御する。
これにより、符号化レートを直接低減することができ、
バッファメモリに起因する符号化レートの変更遅延を解
消することができる。また、ネットワーク側からの符号
化レート低減指示に対して速やかに応答することができ
る。
【0021】
【実施例】図1は、本発明の画像信号用可変レート符号
化装置の実施例構成を示す。図において、図3に示す従
来と同一のものは同一符号を付した。すなわち、量子化
テーブル31,量子化制御部32,量子化器33,減算
器34,加算器35は従来と同一である。
【0022】本実施例のフレームメモリ11は、予測モ
ード指定信号eに応じて、フレーム内符号化、前方予測
符号化、両方向予測符号化の各予測モードの使用比率を
変更できる機能を有する。また、バッファメモリ12
は、データ選択指示信号fに応じて、フレーム間予測符
号化データについてはその予測に用いたサイド情報のみ
を選択して送出する機能を有する。なお、前者は請求項
1に記載の発明に対応する機能であり、後者は請求項2
に記載の発明に対応する機能であり、それぞれ独立した
機能であるが、本実施例の構成は両機能を併用したもの
となっている。
【0023】したがって、本実施例の符号化レート制御
部13は、ネットワークから符号化レート指示信号dを
受け、その符号化レートを設定する予測モード指定信号
eまたはデータ選択指示信号fを出力する。なお、符号
化レート制御部13は、バッファメモリ12内のデータ
量cに応じた符号化レート制御も可能である。
【0024】以下、本実施例装置の動作について説明す
る。符号化レート制御部13は、ネットワークから符号
化レートを低減させる符号化レート指示信号dを受ける
と、例えば図4(1) に示す中1フレームを両方向予測符
号化する予測モードから、図4(2) に示す中2フレーム
を両方向予測符号化する予測モードに変更する予測モー
ド指定信号eをフレームメモリ11に送出する。フレー
ムメモリ11では、この予測モード指定信号eに応じて
両方向予測符号化(Bフレーム)の割合を高めることに
より、符号化レートを低減させることができる。なお、
このとき大きい量子化ステップサイズの量子化テーブル
を用いていても、Bフレームのデータ量が少ないために
画像品質の劣化を少なくすることができる。
【0025】また、符号化レート制御部13は、ネット
ワークから符号化レートを低減させる符号化レート指示
信号dを受けると、データ選択指示信号fをバッファメ
モリ12に送出する。バッファメモリ12は、このデー
タ選択指示信号fに応じて蓄積しているデータのうち、
フレーム間予測符号化データについてはその予測に用い
たサイド情報のみを送出することにより、符号化レート
を速やかに低減することができる。
【0026】このように、本発明では情報量割り当ての
少ない両方向予測符号化の多用と、符号化データの削減
によって符号化レートを低減させているので、画像信号
の時間変化に対する応答は悪くなる可能性がある。すな
わち、ネットワークが輻輳すると画像の変化速度が遅く
なるが、量子化ノイズの増加による画像品質の劣化に比
べると不自然さはむしろ少ないと言える。
【0027】なお、従来と同様に、量子化制御部32が
バッファメモリ12内のデータ量cに応じた量子化ステ
ップサイズの量子化テーブルを選択し、所定の符号化レ
ートになるように制御する機能をもつ。また、ネットワ
ークからの符号化レート指示信号dを受け、対応する量
子化ステップサイズの量子化テーブルを使用して符号化
レートを制御する機能をもつ。これらの従来機能は、上
述した本発明による機能と同時に併用することが可能で
ある。あるいは、まず本発明による機能により符号化レ
ートを低減させ、それでもネットワークから符号化レー
トの低減を指示された場合にのみ従来機能を稼働させる
ようにしてもよい。
【0028】図2は、本発明符号化装置に対応する復号
化装置の構成例を示す。図において、受信された符号化
データbはバッファメモリ21に一旦蓄積され、各フレ
ームごとに符号化処理に用いた量子化テーブルおよび予
測モードの各情報が取り出される。符号化データbを復
号化する構成は、量子化器33が逆量子化器22に代わ
る他は符号化装置と同様である。すなわち、逆量子化器
22,減算器34,加算器35およびフレームメモリ1
1により復号化部が構成される。逆量子化器22は、符
号化処理で用いた量子化ステップサイズの量子化テーブ
ル31を用いて逆量子化を行う。また、フレームメモリ
11には、フレーム制御部23によって符号化処理と同
じ予測モードが設定される。以上の構成により、復号化
された画像信号aが加算器35の出力から取り出され
る。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、量子化ノ
イズの増加を最小限に抑えながら確実に、かつ柔軟に符
号化レートを変更することができる。さらに、量子化テ
ーブルの切り替えおよびバッファメモリに起因する符号
化レートの変更遅延を解消し、ネットワーク側からの符
号化レート低減指示に対して速やかに応答することがで
きる。したがって、ネットワーク上で輻輳によるデータ
廃棄を防止することができ、可変レート符号化方式にお
ける画像品質の安定化を図ることができる。
【0030】なお、従来方式ではネットワーク上でIフ
レームデータが廃棄され、1組のフレームデータ全体が
再生不能になって画像品質の劣化状態が長引くことがあ
った。それに対して、本発明ではフレーム間予測符号化
データについてはそのサイド情報のみに削減して符号化
レートの低減を図るので、ネットワーク上でのIフレー
ムデータの廃棄を防止することができ、かつ復号化処理
における画像品質劣化を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像信号用可変レート符号化装置の実
施例構成を示すブロック図。
【図2】本発明符号化装置に対応する復号化装置の構成
例を示すブロック図。
【図3】従来の画像信号用可変レート符号化装置の構成
例を示すブロック図。
【図4】MPEG方式による予測処理例を説明する図。
【符号の説明】
11 フレームメモリ 12 バッファメモリ 13 符号化レート制御部 21 バッファメモリ 22 逆量子化器 23 フレーム制御部 31 量子化テーブル 32 量子化制御部 33 量子化器 34 減算器 35 加算器 36 フレームメモリ 37 バッファメモリ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フレーム内符号化、前方予測符号化、両
    方向予測符号化の各予測モードを所定の使用比率で切り
    替えて画像信号を符号化し、そのフレーム内符号化デー
    タあるいはフレーム間予測符号化データを出力する符号
    化手段と、 前記符号化手段の符号化処理に供する複数の量子化テー
    ブルを有し、前記両方向予測符号化による予測誤差デー
    タに対して大きな量子化ステップサイズの量子化テーブ
    ルを割り当て、さらにネットワークの輻輳状態に応じた
    符号化レート指示信号を受けて対応する量子化テーブル
    を選択し、その量子化ステップサイズに応じた符号化レ
    ートを設定する量子化制御手段と、 前記フレーム内符号化データ,フレーム間予測符号化デ
    ータおよびその予測に用いたサイド情報を一旦蓄積する
    バッファメモリとを備えた画像信号用可変レート符号化
    装置において、 前記符号化レート指示信号を受け、それが符号化レート
    の低減を指示するときに、前記符号化手段における各予
    測モードの使用比率を変更して両方向予測符号化の割合
    を高める制御を行う符号化レート制御手段を備えたこと
    を特徴とする画像信号用可変レート符号化装置。
  2. 【請求項2】 フレーム内符号化、前方予測符号化、両
    方向予測符号化の各予測モードを所定の使用比率で切り
    替えて入力信号を符号化し、フレーム内符号化データあ
    るいはフレーム間予測符号化データを出力する符号化手
    段と、 前記符号化手段の符号化処理に供する複数の量子化テー
    ブルを有し、ネットワークの輻輳状態に応じた符号化レ
    ート指示信号を受けて対応する量子化テーブルを選択
    し、その量子化ステップサイズに応じた符号化レートを
    設定する量子化制御手段と、 前記フレーム内符号化データ,フレーム間予測符号化デ
    ータおよびその予測に用いたサイド情報を一旦蓄積する
    バッファメモリとを備えた画像信号用可変レート符号化
    装置において、 前記符号化レート指示信号を受け、それが符号化レート
    の低減を指示するときに、フレーム間予測符号化データ
    についてはその予測に用いたサイド情報のみをバッファ
    メモリから送出させる符号化レート制御手段を備えたこ
    とを特徴とする画像信号用可変レート符号化装置。
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