JP3365730B2 - 映像符号化のためのビット発生量調節装置及び方法 - Google Patents

映像符号化のためのビット発生量調節装置及び方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は映像符号化に係り、
特に映像符号化における圧縮率を制御する装置及び方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、多次元的特性を有する映像デー
タは他のデータに比べて情報量が大きいため、これをデ
ジタル方式で処理する場合そのデータ量が莫大になる。
従って、このようなデジタル映像を処理してこれを伝送
したり保存するためには、伝送に必要な通信線路の帯域
幅または情報貯蔵に必要な貯蔵媒体の容量を考慮し、デ
ータを圧縮すべきである。
【０００３】動映像の圧縮に対する標準化は国際標準化
機構のISO-IEC(International Organization for Stand
ardization-Internaitonal Electrotechnical Commissi
on)傘下のJTC1/SC-29に属するMPEG(Moving Picture Exp
ert Group) により推進されてきて、特にMPEG-1、MPEG-
2などは標準化が完了されて既に使用されつつある。一
方、ITU-T でも未来の広帯域総合情報通信網(B-ISDN)に
おける映像伝送のためにATM プロトコールに基づいた映
像符号化標準案を用意するために努力してきたが、最近
数個のH.26x 標準案を勧告(Recommendation)したことが
ある。
【０００４】前記MPEG2 のような従来の符号化方法では
効率的な符号化のための前段階として信号の冗長度(Red
undency)を減らすDPCMやDCT が使われている。ところ
が、実質的な信号の圧縮は最終量子化過程で発生するた
め、符号化の圧縮性能はDPCMやDCT よりは量子化間隔の
決定方式に大きく依存する。圧縮率を制御するため、MP
EG2 においては量子化間隔がアクティビティ計算とバッ
ファ制御により決定される。しかし、この方式によれば
フレーム内に複雑部と平坦部とが存在する時、画面上の
位置により画質が変化するという問題点がある。また、
アクティビティによる量子化間隔の決定において、マク
ロブロック内の4 個のルミナンスブロックのアクティビ
ティのうち最小のものを基準として処理するため、平坦
部、エッジ部、複雑部の判断が不正確なので、視感に適
した量子化間隔が決定できない。さらに、フレーム単位
の処理を基本としたので映像を構成する映像単位(Video
Object)に対した個別的な考慮がない。
【０００５】H.263 標準案においては、フレーム全体に
同一な量子化間隔を適用し、前フレームのビット発生量
により次のフレームの量子化間隔を決定する。この方法
を採用する場合、MPEG2 における方法に比べて構造は簡
単であるが、同様に視感が反映されない問題点がある。
前記のように視感を考慮せずに量子化間隔を決定する場
合、伝送される映像において人物のように意味上重要な
映像単位(Object)と背景のように重要度の低い映像単位
に対して同一の量子化間隔が使われるため、信号圧縮効
果が大きく感じられて顕著な画質低下を引起こす。特に
このような問題点は、低ビット率の通信のための映像符
号化(Video Coding for Low Bitrate Communications)
に関したH.263 標準案や移動通信に使用するための超低
比率映像符号化標準案であるMPEG4 の場合、低いビット
率に因してさらに深刻になる。
【０００６】従って、画質の劣化を最小化しながら信号
圧縮効果を最大化するためには、人間の視感特性を十分
に反映してフレームを構成する数個の映像単位に対して
その重要度により量子化間隔を決定し、映像単位分布に
より適切なビットを割当てることが要求される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記問題点を
解決するため案出されたものであって、本発明の目的は
伝送される画像内に含まれた各映像単位に対して内容の
重要度及び複雑度そして色感度などに基づき人間の視感
を考慮して量子化間隔を決定し、映像単位別にビット発
生量を差等化して伝送する映像符号化のためのビット発
生量調節装置を提供するにある。
【０００８】本発明の他の目的は伝送される画像内に含
まれた各映像単位に対して内容の重要度及び複雑度そし
て色感度などに基づき人間の視感を考慮して量子化間隔
を決定し、映像単位別にビット発生量を差等化して伝送
する映像符号化のためのビット発生量調節方法を提供す
るにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の映像符号化のためのビット発生量調節装置
は、特定VOP の画質を任意の段階で調節するための命令
を入力する画質選択入力部と、符号化するVOP 単位内に
位置する各マクロブロックに対して映像の複雑度と色感
度とを考慮して視感特性を分類する視感特性分類部と、
符号化するVOP 内に位置する各マクロブロックに対して
映像のビット発生量の予測のためにブロック単位の分散
値を分類する分散値分類部と、任意の量子化間隔に対す
るビット発生量の予測のために前記ブロック当り分散分
類値と視感特性分類値に基づいたヒストグラムを計算す
るヒストグラム計算部と、ブロック分散値と量子化間隔
による平均ビット発生量を示すビットモデルを計算して
保管するビットモデル部と、前記視感特性分類部により
分類された各クラスに対する視感劣化度の一定した基準
量子化間隔を保管する量子化間隔参照部と、各VOP 別目
標ビット量を計算する目標ビット計算部と、前記ビット
モデル及びヒストグラム計算部で求められたヒストグラ
ムと前記量子化間隔参照部に保管された基準量子化間隔
により予測されるビット発生量を計算するビット発生量
計算部と、前記ビット発生量計算部で計算された予測ビ
ット発生量を量子化間隔参照部から出力される値により
可変させ、前記目標ビット計算部で計算された目標ビッ
トとの差を補償する目標ビット割当部と、前記目標ビッ
ト割当部でVOP 別目標ビットを割当てるにおいて各VOP
に対するビット割当を所望の比率だけ可変しながらも全
体フレームの目標ビット量を保たせるための基準量子化
間隔を生成する基準量子化間隔調節部とを含むことを特
徴とする。
【００１０】前記他の目的を達成するための本発明の映
像符号化のためのビット発生量調節方法は、特定VOP の
画質を任意の段階で調節するための命令を入力する段階
と、符号化するVOP 単位内に位置する各マクロブロック
に対して映像の複雑度と色感度とを考慮して視感特性を
分類する段階と、符号化するVOP 内に位置する各マクロ
ブロックに対して映像のビット発生量の予測のためにブ
ロック単位の分散値を分類する段階と、任意の量子化間
隔に対するビット発生量の予測のために前記ブロック当
り分散分類値と視感特性分類値に基づいたヒストグラム
を計算する段階と、符号化器で使用する量子化器マトリ
ックスに製作されたビット発生率の推定のためのビット
モデルを計算して保管する段階と、前記分類された各視
感特性クラスに対して視感劣化度の一定した量子化間隔
を保管する段階と、各VOP 別目標ビット量を計算する段
階と、前記ビットモデルとヒストグラム及び基準量子化
間隔により予測されるビット発生量を計算する段階と、
前記ビット発生量を量子化間隔参照部から出力される値
により可変させ、前記目標ビットとの差を補償する段階
と、前記VOP 別目標ビットを割当てるにおいて前記入力
された命令により所望の特定VOP に対するビット割当を
可変しながら全体フレームの目標ビット量を保たせる段
階とを含むことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づきさらに詳しく説明する。本発明では各映像フレーム
が数個のVOP に分割され、これらVOP 単位で映像が符号
化される。前記映像フレームの分割方法は本発明の範囲
に属しなく、現在提案されていたり、今後提案される全
ての技法が本発明に使用されうる。
【００１２】図5 ＡはVOP 単位映像符号化の概念を説明
するため示したテスト映像の１つである。前記映像は一
ニュース映像であって、横352 画素、縦288 画素のCIF
フォーマットの映像であり、300 フレーム、即ち10秒映
像の１つである。この映像は図5 Ｂに示されたようにフ
レーム内に4 個のVOP に区分されうる。区分される各VO
P を具体的に説明すれば、VOP 0 は背景、VOP 1 は舞姫
の踊る背面中央部、VOP 2 は男女アナウンサー、そして
VOP 3 は"MPEG4 World" の文字部分を示す。
【００１３】図1 は一般的なVOP 単位映像符号化の概念
図である。入力される映像情報はVOP 単位でVOP 選択部
10により順次に選択される。選択されたVOP に対して形
状符号化部11は輪郭に該当する形状(Shape) 情報を抽出
し、これを符号化して出力する。動き推定部12はVOP 単
位で直前フレームVOP 再生部14から出力される直前フレ
ームの映像信号から現在の入力映像信号を差引いて差映
像信号を出力する。動き補償部13は前記動き推定部12か
ら出力される情報の周波数成分別特性値を限定する。テ
クスチャー符号化部15は前記動き補償部13から出力され
る信号を符号化してテクスチャー情報を出力する。マル
チプレクサ16は前記形状符号化部11、動き推定部12及び
テクスチャー符号化部15から各々出力される形状情報、
動き情報及びテクスチャー情報を入力し、この情報を多
重化する。バッファ17は前記マルチプレクサ16から入力
された多重化された映像を入力して臨時貯蔵してから出
力する。
【００１４】本発明は、図1 に示されたようなVOP 単位
映像処理方法において、テクスチャー情報に対して適切
な量子化値を割当てることにより全体ビット発生量を調
節する。図2 は本発明による映像符号化器のブロック図
である。図2 の映像符号化器は画質選択入力部20、複雑
度分類部21、色感度分類部22、視感特性分類部23、分散
値分類部24、ヒストグラム計算部25、量子化間隔参照部
26、ビットモデル部27、ビット発生量計算部28、基準量
子化間隔調節部29、目標ビット計算部30、目標ビット割
当部31、最終量子化間隔調節部32を含む。
【００１５】前記画質選択入力部20は特定VOP の画質を
任意の段階で調節するための命令の入力装置である。複
雑度分類部21は符号化するVOP 内に位置する各マクロブ
ロックに対して映像の複雑度を分類する。色感度分類部
22は符号化するVOP 内に位置する各マクロブロックに対
して映像の色感度を分類する。
【００１６】視感特性分類部23は符号化するVOP 単位内
に位置する各マクロブロックに対して前記複雑度分類部
21及び色感度分類部22で分類された映像の複雑度分類値
と色感度分類値とを考慮して視感特性を分類する。分散
値分類部24は符号化するVOP 内に位置する各マクロブロ
ックに対して映像のビット発生量の予測のためにブロッ
ク単位の分散値を分類する。
【００１７】ヒストグラム計算部25は任意の量子化間隔
に対するビット発生量の予測に使用するためにブロック
当り分散分類値と視感特性分類値とに基づきヒストグラ
ムを計算する。量子化間隔参照部26は前記視感特性分類
部23により分類された各クラスに対する視感劣化度の一
定した量子化間隔を保管する。
【００１８】ビットモデル部27は符号化器で使用する量
子化器マトリックス(Quantizer Matrix)に製作されたビ
ット発生率推定のためのビットモデルを計算して保管す
る。ビット発生量計算部28は前記ビットモデルとヒスト
グラム計算部25から求められたヒストグラム及び前記量
子化間隔参照部26に保管された基準量子化間隔により予
測されるビット発生量を計算する。
【００１９】基準量子化間隔調節部29は前記目標ビット
割当部31でVOP 別目標ビットを割当てるにおいて前記画
質選択入力部20で指定された所望の特定VOP 等にビット
割当を所望の比率だけ可変しながらも全体フレームの目
標ビット量を保たせるために基準量子化間隔を調節して
基準量子化間隔を生成する。目標ビット計算部30は各VO
P 別目標ビット量を計算する。
【００２０】目標ビット割当部31は前記ビット発生量計
算部28で計算された予測ビット発生量を基準量子化間隔
調節部29から出力される値により可変させ、前記目標ビ
ット計算部30で計算された目標ビットとの差を補償す
る。最終量子化間隔調節部32は各ブロック別処理時、目
標ビットに接近させるために調節された基準量子化間隔
及びマクロブロックの視感特性分類クラス、ブロック当
り分散値分類クラス、バッファ占有量などを考慮して最
終量子化間隔を調節する。
【００２１】上記のように構成される本発明の映像符号
化器は次の通り動作する。使用者が任意のVOP 番号を入
力したりマウスでフレーム内の特定部分をクリックする
と該当VOP が選択され、そのVOP の画質を相対的に調節
しうる状態となる。それから、キーボードやマウスなど
の入力手段を使用して該当するVOP の画質の段階または
画質の加減比率を入力することになる。一方、本発明の
他の実施例においては、VOP 選択と画質段階の選択を別
にせず"VOP 1番を最上の画質に" のようにVOP 選択と画
質段階選択とを同時にする事も出来る。入力されたVOP
番号と画質の段階等はVOP 別目標ビット計算部30に出力
される。
【００２２】複雑度分類部21は人間の視感特性を十分に
反映するためのものであって、VOP内のマクロブロック
に対して空間周波数と色許容差を混合したテクスチャー
マスキング(Texture Masking) を計算して映像の複雑度
を分類する。テクスチャーマスキングは色許容差ルック
アップテーブル(Look Up Table) により導出される臨界
値thを考慮してマクロブロックの水平及び垂直空間周波
数を合算することにより下記数学式1 のように計算され
る。
【００２３】
【数１】
【００２４】ここで、Ｐx,y は画素(x、y)における輝度
信号値を示す。即ち、テクスチャーマスキングは水平方
向と垂直方向に対し別に計算されて加算されるが、この
際、隣接画素間の輝度信号の輝度差が臨界値より大きい
場合にのみ、輝度信号の輝度の変化を人間が識別できる
ので輝度信号の輝度差が空間周波数を計算する時に反映
され、隣接画素間の輝度信号の輝度差が臨界値より小さ
い場合には空間周波数の計算に反映しない。
【００２５】前記数学式1 のようなテクスチャーマスキ
ングを使用すれば複雑な映像と簡単な映像とを明確に区
別しうることになる。即ち、図３Ａ及び図３Ｂはマクロ
ブロックの複雑度を例示する図面であって、後述する分
散値のみを使用する場合２つのマクロブロックの複雑度
が区分されないが、テクスチャーマスキングを使用すれ
ば図3A及び図3Bの２つのマクロブロックを明確に区別し
うるので映像信号の複雑度を視感に近く計算しうる。ま
た、本発明のテクスチャーマスキングは単純に隣接画素
間の差を全て考慮することではなく、隣接画素間の輝度
信号の輝度差が臨界値より大きい場合にのみ反映するの
で、マクロブロックの映像信号に対する人間の視感特性
を十分に反映しうる。
【００２６】そして前記のように計算されたテクスチャ
ーマスキングに基づき、複雑度分類部21はマクロブロッ
クの複雑度を4 つのクラスのうち１つに分類する。色感
度分類部22は16×16マクロブロックを4 つの8 ×8 ブロ
ックに区分し、それぞれのブロックに対して平均色を求
める。次いで、色感度分類部22は求められた平均色に対
して色差ルックアップテーブルに基づき各ブロックの色
感度値を計算する。色感度クラスは総8 個で構成され
る。この際、次のように4 つのブロックの色感度値のう
ち最小のものをそのマクロブロックの色感度クラスに決
定する。
【００２７】
【００２８】視感特性分類部23は前記複雑度分類部21と
色感度分類部22で各々計算して分類した複雑度クラスと
色感度クラスの組合により視感特性を分類する。組合の
方法は複雑度分類クラスを4 個、色感度分類クラスを8
個にして総32個(8×４) に均等分割する方法と一般的な
画像の特性上複雑度クラスの分類が2 〜3 等の区間に多
く分布する点を用いて色感度分類を4 個にした後、その
値により複雑度の分類区間を不均等に再分類して全体の
視感特性分類を32個にする事も出来る。
【００２９】分散値分類部24はマクロブロックの分散値
を計算して分類し、前記分散値は映像信号を特定量子化
間隔に量子化する場合のマクロブロックビット発生量を
予測するために使われる。図4 は量子化間隔、分散値及
びビット発生量との関係を示したグラフである。図4 に
示されたように、一般的に同じ量子化間隔に量子化する
場合のビット発生量は映像信号の分散値に比例し、同じ
分散値を有する映像信号のビット発生量は量子化間隔に
反比例する。従って、量子化間隔と信号の分散値を知っ
ているとビット発生量は90% ほど予測できる。
【００３０】しかし、量子化間隔と分散値、ビット発生
量の関係が信号の特性により変わって一定しないため、
単純な数式により予測することは難しい。従って、統計
的な特性を抽出してビット発生量を予測するため、ブロ
ックの分散値を下記数学式2で求めた後、16個のクラス
のうち１つに分類する。多種の実験映像に対して統計的
平均をの求めることにより量子化間隔及びブロックの分
散値とビット発生量の関係を求める。
【００３１】
【数２】
【００３２】ビット発生量を正確に予測するためにはブ
ロックの分散値分類区間を適切に決定しなければならな
い。本実施例ではブロック分散値の分類区間を十分に小
さくして実験映像の各区間のブロック発生数、ブロック
分散値、量子化間隔、ビット発生量を調べて総17個の分
類区間を決定した。前記17個の分類区間は各区間のビッ
ト発生量とブロック発生数を考慮して確率的平均予測誤
差が同一になる16個の分類区間と実際映像圧縮時スキッ
プされるブロック(Skiped Block)のための1 個の分類区
間を含む。ここで、スキップされるブロックとは、現在
のフレームが直前フレームと同一なのでその事実のみを
示し、フレーム映像情報を伝送しないブロックを意味す
る。
【００３３】複雑度分類の分類区間の場合は、視感特性
を反映するためのものであるため、フレーム内のコーデ
ィング(Intraframe Coding) やフレーム間コーディング
(Interframe Coding) に関係なく原映像信号に対して求
められるが、ブロック分散値分類の場合は量子化する映
像信号のビット発生量を予測するためのものであるから
イントラフレームコーディングに対しては原映像信号に
対して求められ、インタフレームコーディングの場合は
DPCMされた差映像信号に対して適用する。従って、イン
トラフレームコーディング、インタフレームコーディン
グにより別の分類区間が必要である。表1 はブロック分
散値の分類区間を示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】ヒストグラム計算部25は視感特性分類部23
の分類結果とブロック分散値の分類結果に基づき、現在
処理しているフレームのブロック累積発生数( ヒストグ
ラム) を計算する。このヒストグラムにより次のフレー
ムまたはVOP のビット発生量が推定でき、推定された値
と目標値とを調整しうる。映像信号はフレーム間に高い
相関性を有しているため、ヒストグラム計算は符号化し
ようとする現在のフレームやVOP の映像信号に対して求
める代わりに、前フレームの計算結果を利用しうる。従
って、ヒストグラム計算のための時間的な遅延が不要と
なり実時間処理が可能である。
【００３６】総32×17種の分類場合に対するヒストグラ
ムの計算結果をH Mc Bv と限定する。例えば、H 2 3
は視感特性分類クラスが2 、分散分類クラスが3 のマ
クロブロックのフレームまたはVOP 内の発生数を示す。
本発明の望ましい実施例において、ヒストグラムは次の
ように求められる。 for(i=0;i<vopcount、i++) ｛ Mc=hvs＿class[i] for(n=0;n<6;n++) ｛ Bv=variance ＿class[i][n]; H[Mc][Bv]++; ｝ ｛ ここで、 hvs ＿class ：視感特性分類クラス variance＿class ：分散値分類クラス vopcount：VOP またはフレームに含まれたマクロブロック数； H ：ヒストグラム このようなヒストグラムにより映像信号のフレーム/VOP
内の分布が分かる。またヒストグラムは後述する基準量
子化段階数(Reference Quantization step size)を適用
した場合のビット発生量推定及び目標ビット発生量に符
合させるための量子化間隔の調整等に使われる。
【００３７】一方、一般的に何れの映像に対しても同じ
量子化間隔で量子化する場合には映像の信号特性により
そのビット発生量が大きく異なる。従って、与えられた
目標ビット量に近接させようとすれば量子化間隔を調整
すべきである。この際、量子化間隔をどのくらい調整す
べきかの調整幅を決定するためには任意の値で量子化し
た時のビット発生量を知るべきである。このため、もし
ある特定値で量子化してみてその時のビット発生量によ
り試行錯誤により量子化間隔の調整幅を決定するとすれ
ばシステムの複雑度を増加させるだけだけなく実時間処
理に障害となる。本発明はこのような問題を解決するた
めにビット発生量の予測のための表( 即ち、ビットモデ
ル) を作って適用する。
【００３８】ビットモデルは、任意のブロックを1 〜31
までの各量子化間隔に量子化する場合にブロックから発
生するビット発生量の予測値を意味し、後述する基準量
子化間隔(Reference Quantization step size)を調整す
るためのビット発生量予測とマクロブロック単位の目標
ビットを適応的に割当てるための道具として使われる。
ビットモデルは量子化間隔、分散値、ビット発生量の関
係から導かれて16個(17 個のうちスキップされるブロッ
クは除外）のブロック分散値の分類区間でそれぞれの量
子化間隔に量子化する場合のブロックビット発生量の平
均値を計算することにより求める。ビットモデルは固定
された値であるため符号化過程で別に求める必要はな
く、どんな量子化器マトリックス(Quantizer Matrix)を
使用したかによりその量子化器マトリックスに合うビッ
トモデルを使用すればよい。
【００３９】量子化間隔参照部26は前記視感特性分類部
23により分類された各クラスに対して視感劣化度の一定
した量子化間隔に関する情報を貯蔵している。視感特性
分類部23により分類された映像は各クラス別に量子化間
隔に対する劣化特性が異なる。従って、量子化間隔によ
る画質劣化度を様々な試験映像を通して実験して同じ劣
化度を有する各クラス別量子化間隔が得られる。この
際、画質の劣化度は同じ視感特性分類クラスに分類され
ても差が発生しうるため多様な映像に対してその平均を
求める。この値は基準量子化間隔で使われてVOP 当り発
生したビットを予測するに使われる。
【００４０】VOP 内の全てのマクロブロックに対し、視
感特性分類部23及びヒストグラム部25により求められた
値を基準としてビット発生量を予測しうる。実験によれ
ば90% 以上の正確度で予測できる。ビット発生量計算部
28はビットモデルとヒストグラムを利用して次の通りVO
P ビット発生の予測値を求める。
【００４１】
【数３】
【００４２】ここでB はビットモデル、Rqは量子化段階
数、H はヒストグラム、Mcは視感分類クラス、Bvは分散
値クラスを示す。この際、分散値クラスBvが16の場合は
スキップされるブロックであって、ここではテクスチャ
ービットの発生がない。前記式により求められる値はた
だテクスチャービットの推定値に過ぎない。一般的に、
MPEG-1やMPEG-2等の場合はフレーム単位で処理するため
にビット発生量はテクスチャービット(Texture Bit) と
動き情報ビット(Motion Bit)値が大部分を占める。しか
し、MPEG-4のようにオブジェクト別の処理が必要な場合
にはオブジェクトを表現する形状ビット(Shape bit) が
さらに必要となる。従って、ビット発生量の調節は主に
テクスチャービットの量子化段階数(Quantization Step
size)により可能になるので前記動き情報ビットと形状
ビット等も考慮すべきである。テクスチャービットに動
き情報ビット及び形状ビットを追加してVOP 内の総ビッ
ト発生量を求めると下記数学式4 のように求められる。
【００４３】
【数４】
【００４４】前記数学式3 により求められた予測値はま
ず基準量子化段階数(Reference Quantization Stepsiz
e) により求められ、この値によりフレーム内の多数のV
OP の間に目標ビットを調節しうる。即ち、まず各VOP
に対して基準量子化段階数でビット発生量を推定するこ
とにより、全てのVOP が類似した画質を有するように相
互ビット発生量の比率を計算しうるため、その値を基準
として後述する各VOP 当り目標ビット割当に使用する。
次のビット発生量予測は後述するVOP 別目標ビットの調
節のために基準量子化段階数を各VOP に合うように調節
する過程が必要であり、この時調節される量を決定する
ためには目標ビットに近接しうる量子化段階数の予測を
通して行う。
【００４５】目標ビット計算部30は各VOP 別目標ビット
量を計算する。映像はイントラフレームとインタフレー
ム等に区分されるが、各々を同じ量子化間隔に符号化し
てもそのビット発生率は異なる。従って、目標ビット量
と処理するフレーム数及びフレームの種類により基本的
にフレーム当り目標ビットが割当てられる。フレーム当
り目標ビットは１つの伝送単位に決められた数個のフレ
ームにおいて現在まで伝送されたフレームに使われたビ
ット量、即ち残留ビット量により可変され、合わせてフ
レーム内の各VOP 等の目標ビットはヒストグラムと各VO
P が含むマクロブロックの数により比率が決まるが、決
まった目標ビットは画質選択入力部20から入力された特
定VOP 番号と所望の加重比率により各VOP 間に目標ビッ
トが再調整される。これにより、次のように各VOP 当り
所望の目標ビットが動的に割当てられる。
【００４６】 buf ＿rest=B-buff if(Intraframe) targetbit=5×(buf ＿rest／frames＿rest)； else if(Interframe) ｛ targetbit= buf＿rest／frames＿rest； if(previous ＿frame ＿bit<average ＿frame ＿bit ×1.15) ； ｛ targetbit−=targetbit×0.2 ； ｝ if(previous ＿frame ＿bit<average ＿frame ＿bit/1.15) ； ｛ targetbit+=targetbit ×0.2 ； ｝ ｝ 基準量子化間隔調節部29は前記目標ビット割当部31でVO
P 別に目標ビットを割当てるにおいて前記画質選択入力
部20で指定された通り特定VOP 等にビット割当を所望の
比率だけ可変しながらも全体フレームの目標ビット量を
保たせるように、量子化間隔参照部26から出力される基
準量子化間隔の値を各VOP 別に調整し、調整された値を
各VOP に割当てる。
【００４７】このため、まず前のフレームの該当VOP か
ら求められたヒストグラムを使用してビット発生量を推
定する過程を反復しながら基準量子化段階数に所定の値
を加減しながら目標ビットに最密になる量子化段階数を
求め、この時の基準量子化段階数値に加減された値を求
める。それから32個の基準量子化段階数に対して前記求
められた加減値を加え、前のフレームの該当されるVOP
に適用された量子化段階数との差を求める。もし、求め
られた差が前のフレームに適用された量子化段階数の10
% を超える場合には、前に適用された量子化段階数に10
% を加減して現在のVOP に適用する。
【００４８】目標ビット割当部31は目標ビット計算部30
から出力されるフレーム当り目標ビット数とビット発生
量計算部28から出力されるビット発生量との差を基準量
子化間隔調節部29から出力される調整された基準量子化
間隔に基づき補償する。そして目標ビット割当部31はフ
レーム当り目標ビットが決定されるとVOP 別に目標ビッ
トを割当てる。この時、特定のVOP に対して画質を差等
化するために他のVOP に比べて相対的な目標ビット割当
の加減を行なう。即ち、重要度の高いVOP に対しては目
標ビットを増加させ、増加されただけのビットを重要度
の高いVOP から差引くことになる。目標ビットの割当は
次の通り行なわれる。 for(i=0；i<no＿of＿VOPs；i++) ｛ targetVOPbits[i]=frameTextureTargetbits× (estimatedVOPTexturebits[i]／estimatedFramebits); ｝ no ＿of＿add ＿bits=targetVOPbits[selected＿VOP]×add ＿factor、 targetVOPbits[selected＿VOP]+=no＿of＿add ＿bits for(i=0；i<no＿of＿VOPs；i++) ｛ if(i!=selected＿VOP) targetVOPbits[i]=targetVOPbits[i]-no＿of＿add ＿bits× (targetVOPbits[i]／frameTextureTargetbits) 前記の過程で求められたVOP 別量子化段階数は貯蔵さ
れ、処理される各VOP 内のマクロブロックの視感特性分
類クラスにより適用される。最終量子化間隔調節部32は
各ブロック別処理時目標ビットに接近させるために調整
された基準量子化間隔(Reference Quantization Step S
ize)及びマクロブロックの視感特性分類クラス、ブロッ
ク当り分散値分類クラス、バッファ占有量などを考慮し
て最終量子化間隔を調節する。
【００４９】表2 は図5 ＢのようにVOP の分割された図
5 ＡのNews CIF 300フレーム映像を秒当り7.5 フレーム
サブサンプリングして総目標ビット量が240kbps に与え
られた場合のシミュレーションによるビット量発生結果
を示したものである。この表では全体を同じ比率でコー
ディングした例とVOP 0 、VOP 1 、VOP 2 を各々加重し
た例を比較した。各例において、文字部分の場合動きや
形状変化がほとんどなく、同色で構成されていて劣化が
相対的に少なく現れるので、ビット発生量を同一にコー
ディングした。表２はたとえ各例において相対的なビッ
ト発生率が異なっても全体ビット発生率は同一に保つ結
果を示している。即ち、全体ビット発生量は目標ビット
量に近接ながらも各VOP におけるビット発生量は異にし
うることが分かる。
【００５０】
【表２】
【００５１】
【発明の効果】このように、既存の映像符号化装置のビ
ット率調節部で主に画像の統計的な特性のみを適用する
反面、本発明は色視感特性を適用して画質の劣化を均一
に保ちながらも所望のビット発生量が保てる。特に、MP
EG-4等のように画像の特定部分を所望の画質で処理可能
にするコデック（codec ）構造を有する映像処理方法な
どに使用される場合、使用者が指定した特定VOP 内の画
質を相対的に可変させながら全体ビット発生量を一定に
保てる長所がある。例えば、動画像電話のように低ビッ
ト率伝送チャンネルを有する画像機器等において、顔部
分のみは良好な画質を保ち、残り部分は相対的に画質を
低下するように構成するなどの応用が可能になる。これ
により制限された環境下でも全体伝送量は一定に保たせ
ながら関心部分の画質は相対的に良好に保つことによ
り、使用者の要求に応じうる。また、画像の特性上相異
なる量子化間隔を使用して圧縮しても均一な画質を保て
るので、既存のフレーム全体に亙って各VOP に同一な量
子化間隔を適用する方式に比べて同じビットが発生して
も高画質を達成しうる利点がある。従って、本発明はMP
EG-1、MPEG-2、MPEG-4やH.263 等の方式により映像を符
号化する時、所望のビット発生量を保つために使用され
うる。
【００５２】このように、本発明はフレーム内の特定オ
ブジェクトに対して使用者が画質を調整可能にしなが
ら、与えられた全体圧縮率は一定に保たせることによ
り、動画像電話や遠隔映像会議(Video Teleconferencin
g ）等において伝送線の制約に因して全体画質が劣化さ
れる問題点を解決し、特定の関心領域の場合調節可能に
する。
【００５３】また、本発明はMPEG-4のようにVideo Obje
ct Plane単位で映像が処理される場合、各オブジェクト
別に圧縮率を制御する場合だけでなく既存のMPEG-1、MP
EG-2、H.263 等のフレーム単位処理の可能なコデック構
造で適用されうる。このようにフレーム単位で圧縮率を
調整する場合においては、既存の方法が主に画像の可変
条件とバッファ占有量等により圧縮率を制御する反面、
本発明では画像特性分類を通して画質劣化度によりその
量子化間隔を調節するため、同じ圧縮率下で向上された
画質を提供しうる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般のVOP 単位映像符号化の概念図である。
【図２】本発明による映像符号化器のブロック図であ
る。
【図３】マクロブロックの複雑度を例示する図面であ
る。
【図４】量子化間隔、分散値及びビット発生量間の関係
を示したグラフである。
【図５】VOP 単位映像符号化の概念を説明するためのテ
スト映像及びそのテスト映像における主要VOP を示した
図面である。
【符号の説明】
２１ 複雑度分類部 ２２ 色感度分類部 ２３ 視感特性分類部 ２４ 分散値分類部 ２５ ヒストグラム計算部 ２６ 量子化間隔参照部 ２７ ビットモデル部 ２８ ビット発生量計算部 ２９ 基準量子化間隔調節部 ３０ 目標ビット計算部 ３１ 目標ビット割当部 ３２ 最終量子化間隔調節部

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各マクロブロック単位の量子化間隔を出
    力する映像符号化のためのビット発生量調節装置であっ
    て、 特定VOP の画質を任意の段階で調節するための命令を入
    力する画質選択入力部と、 符号化するVOP 単位内に位置する各マクロブロックに対
    して映像の複雑度と色感度とを考慮して視感特性を分類
    する視感特性分類部と、 符号化するVOP 内に位置する各マクロブロックに対して
    映像のビット発生量の予測のためにブロック単位の分散
    値を分類する分散値分類部と、 任意の量子化間隔に対するビット発生量の予測のために
    前記ブロック当り分散分類値と視感特性分類値に基づい
    たヒストグラムを計算するヒストグラム計算部と、 ブロック分散値と量子化間隔による平均ビット発生量を
    示すビットモデルを計算して保管するビットモデル部
    と、 前記視感特性分類部により分類された各クラスに対する
    視感劣化度の一定した基準量子化間隔を保管する量子化
    間隔参照部と、 各VOP 別目標ビット量を計算する目標ビット計算部と、 前記ビットモデル及びヒストグラム計算部で求められた
    ヒストグラムと前記量子化間隔参照部に保管された基準
    量子化間隔により予測されるビット発生量を計算するビ
    ット発生量計算部と、 前記ビット発生量計算部で計算された予測ビット発生量
    を量子化間隔参照部から出力される値により可変させ、
    前記目標ビット計算部で計算された目標ビットとの差を
    補償する目標ビット割当部と、 前記目標ビット割当部でVOP 別目標ビットを割当てるに
    おいて各VOP に対するビット割当を所望の比率だけ可変
    しながらも全体フレームの目標ビット量を保たせるため
    の基準量子化間隔を生成する基準量子化間隔調節部と、
    を含むことを特徴とする映像符号化のためのビット発生
    量調節装置。
  2. 【請求項２】 前記視感特性分類部は、 符号化するVOP 内に位置する各マクロブロックに対して
    映像の複雑度を分類する複雑度分類部と、 符号化するVOP 内に位置する各マクロブロックに対して
    映像の色感度を分類する色感度分類部とを含むことを特
    徴とする、請求項１に記載の映像符号化のためのビット
    発生量調節装置。
  3. 【請求項３】 映像入力部で入力された原映像または差
    映像を使用して各マクロブロック単位の量子化間隔を出
    力する映像符号化のためのビット発生量調節方法におい
    て、 特定VOP の画質を任意の段階で調節するための命令を入
    力する段階と、 符号化するVOP 単位内に位置する各マクロブロックに対
    して映像の複雑度と色感度とを考慮して視感特性を分類
    する段階と、 符号化するVOP 内に位置する各マクロブロックに対して
    映像のビット発生量の予測のためにブロック単位の分散
    値を分類する段階と、 任意の量子化間隔に対するビット発生量の予測のために
    前記ブロック当り分散分類値と視感特性分類値に基づい
    たヒストグラムを計算する段階と、 符号化器で使用する量子化器マトリックスに製作された
    ビット発生率の推定のためのビットモデルを計算して保
    管する段階と、 前記分類された各視感特性クラスに対して視感劣化度の
    一定した量子化間隔を保管する段階と、 各VOP 別目標ビット量を計算する段階と、 前記ビットモデルとヒストグラム及び基準量子化間隔に
    より予測されるビット発生量を計算する段階と、 前記ビット発生量を量子化間隔参照部から出力される値
    により可変させ、前記目標ビットとの差を補償する段階
    と、 前記VOP 別目標ビットを割当てるにおいて前記入力され
    た命令により所望の特定VOP に対するビット割当を可変
    しながら全体フレームの目標ビット量を保たせる段階と
    を含むことを特徴とする映像符号化のためのビット発生
    量調節方法。
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