JP3393595B2 - 動画像符号化装置および動画像符号化方法 - Google Patents

動画像符号化装置および動画像符号化方法

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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,動画像符号化装置
および動画像符号化方法であって,特に符号化対象とな
る画像の各部分毎の目標符号量を決定することによっ
て,高性能の符号化を実現する動画像の符号化技術に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のMPEG2のテストモデル5など
に示されている符号量制御法においては,以下のような
手順で符号量制御を行っていた。以下で述べるピクチャ
とは,フレームまたはフィールドなどに相当する処理単
位である。マクロブロックとは,16×16の画素から
なり,符号量制御の最小単位となる処理単位である。
【0003】(1)以前に処理した例えばIピクチャ,
Pピクチャ,Bピクチャというような各ピクチャタイプ
のピクチャの複雑さ指標と,利用可能なGOP(Group
Of Picture)内の残りの符号量から,当該ピクチャの目
標符号量を決定する。ここでの複雑さ指標とは,そのピ
クチャ発生符号量と平均量子化パラメータの積である。
【0004】(2)ピクチャ内で左上から右下に向かっ
てラスタ順に各マクロブロックの符号化が進められる。
その際に,そのピクチャの最初のマクロブロックから当
該マクロブロックまでの発生符号量と目標符号量との差
に応じた値によって,当該マクロブロックのDCT係数
の量子化パラメータ(もしくは量子化ステップ)が決定
される。その差が大きければ量子化ステップが大きい値
に決定され,発生符号量が小さくなり,逆に小さければ
量子化ステップが小さく決定され,発生符号量が大きく
なり,結果として当該マクロブロックの発生符号量が制
御される。ここでの最初のマクロブロックから当該マク
ロブロックまでの目標値とは,ピクチャの目標発生符号
量をピクチャの全マクロブロック数で割り,ピクチャの
最初のマクロブロックから当該マクロブロックまでの数
を掛けたものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術において
は,ピクチャ内の各マクロブロックの量子化パラメータ
は,ピクチャの最初に処理されるマクロブロックからそ
のマクロブロックの処理までに発生した符号量とそのピ
クチャの目標符号量から算出される目標値との差の大き
さに基づいて決定されていた。その目標値とは,ピクチ
ャの目標発生符号量をピクチャの全マクロブロック数で
割り,ピクチャの一番最初のマクロブロックから処理中
マクロブロックまでの数を掛けたものであった。そのた
め,DCT(離散コサイン変換)の対象となるパターン
の性質がピクチャ内で大きく偏在するとき,その偏りに
応じた量子化パラメータの決定をすることが困難な場合
があった。したがって,発生符号量が必要以上に多いと
ころと少ないところが生じ,発生符号量の少ない部分で
は,他の部分に比べ画質の劣化が大きくなる傾向があっ
た。
【0006】また,従来の技術では,ピクチャ内のマク
ロブロックをラスタ順に符号化処理することを前提とし
ていたため,ピクチャの複数の部分を並列に符号化処理
する場合には上記のような符号化制御方法が適用できな
かった。
【0007】本発明は以上の点に鑑み,第1に,従来の
技術においては,DCTの対象となる画像パターンの複
雑さがピクチャ内の各マクロブロックによって大きく異
なるとき,その偏りに応じた量子化パラメータの決定を
することが困難であるため,発生符号量が必要以上に多
いところと少ないところが生じ,発生符号量の少ない部
分では,他の部分に比べ画質の劣化が大きくなる傾向が
あるという問題点を解決することを目的とする。
【0008】また,本発明は,従来,ピクチャ内のマク
ロブロックをラスタ順に符号化処理することを前提とし
ていたため,ピクチャの複数の部分を並列に符号化処理
する場合には,ピクチャの最初に処理されるマクロブロ
ックからそのマクロブロックの処理までに発生した符号
量とそのピクチャの目標符号量から算出される目標値と
の差の大きさに基づいて決定される量子化パラメータに
よる符号化制御方法が適用できないという問題点を解決
することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明においては,ピク
チャの各部分の符号化情報をピクチャ符号化処理終了毎
に集計し,その情報を基に各部分の適切な目標符号量を
算出する。適切な目標符号量を決定するために,具体的
には,各部分の発生符号量や平均量子化パラメータの情
報などを集計し,その積から各部分の複雑さを示す指標
を求め,その比率に基づき目標符号量を計算する。各単
位符号化部は,その目標符号量に基づいて各部分を同時
に符号化する。
【0010】また,このような手段を使う場合として,
複数の単位符号化部がピクチャの各部分を並列に符号化
する場合,単一の符号化装置内で符号化制御処理のみ各
部分ごとに行う場合などが挙げられる。
【0011】以上の手段によって,本発明は,さまざま
な構成を持つ符号化システムにおいて,より高画質な符
号化を可能とする符号化制御を実現することが可能とな
るという作用効果がある。
【0012】すなわち,本発明によれば,各々のピクチ
ャ処理毎に符号化対象の各部分の過去の特性を反映した
符号量が各部分に目標値として割り当てられるため,画
像全体の符号量の配分が従来技術に比べてより適切にな
り,良い画質が得られるようになる。具体的には,ピク
チャ符号化開始時毎に,ピクチャ内に設定した複数の領
域毎の適切な目標符号量を過去のピクチャの領域毎の情
報から決定し,それに基づいて領域毎に符号量制御を行
うことで,より高画質な符号化を実現することが可能と
なる。ここで各領域の目標符号量を設定する部分が新た
に必要となるが,各領域内の符号量制御方法は新しく変
更する必要がなく,実装が比較的容易である。
【0013】また,各符号化部に目標符号量をピクチャ
の符号化処理開始時に与えた後は,各符号化処理部が独
立して処理を行うことができるので,ピクチャの各部分
を複数の単位符号化部が並列に符号化する符号化装置・
方法にも適用可能となる。これによって,複数の符号化
主体を持つ符号化システムの適切な符号量制御が可能と
なる。
【0014】具体的には,処理量の多さなどの実装上の
問題からピクチャを分割して複数の符号化部で符号化を
する必要がある場合に,以上のような符号化制御方法を
とることで,単一の符号化部ですべて符号化する場合と
同等もしくはそれ以上の画質を実現することが可能とな
る。
【0015】
【発明の実施の形態】〔第1の実施の形態〕図1は,第
1の実施の形態に係る動画像符号化装置の構成例を示し
ている。この動画像符号化装置は,入力画像分割部1
0,複数の単位符号化部11,目標符号量決定部12,
ストリーム再構成部13から構成される。また,ここで
は符号化方法として,ブロック単位の符号量制御が可能
な符号化方法,具体的にはMPEG1,MPEG2また
はH.26xなどの国際標準符号化方法に対応したもの
を用いる。
【0016】以下に,図2(A)のフローチャートに従
って,図1に示す動画像符号化装置の全体の動作を説明
する。
【0017】まず,入力画像分割部10において,入力
画像シーケンス14の各ピクチャは,複数の分割画像1
5に空間的に分割される(S10)。この場合に,各ピ
クチャはマクロブロックをまたがないように分割される
ものとする。分割のしかたは,マクロブロックをまたが
なければ任意でよい。各分割画像15は,それぞれに対
応する各単位符号化部11に分配され,各単位符号化部
11において符号化される(S11)。
【0018】以下のステップS12〜S13は,各単位
符号化部11において並列に実行される。各単位符号化
部11は,目標符号量決定部12から,これから処理す
る各分割画像シーケンスのピクチャの目標符号量16が
与えられたのち,各ピクチャの符号化を行う。すなわ
ち,各単位符号化部11は,担当するピクチャの発生符
号量が目標符号量16に一致するように符号量の制御を
しながら,そのピクチャの各マクロブロックを符号化す
る(S12)。より具体的には,MPEG2テストモデ
ル5のマクロブロック毎の符号化制御方法により各マク
ロブロックを符号化する。
【0019】各単位符号化部11は,ピクチャ符号化終
了時に動き補償予測誤差の分散値(動き補償をしない符
号化処理モードの場合は入力画像の分散値)などの情報
を目標符号量決定部12に伝達する(S13)。各単位
符号化部11から出力された各ストリーム18は,スト
リーム再構成部13において一つのストリーム19に再
構成される(S14)。
【0020】目標符号量決定部12においては,以下の
ような動作をする。図2(B)に示すフローチャートに
従って説明する。
【0021】各単位符号化部11が出力する予測誤差分
散値の総和からピクチャ全体の予測誤差分散値を求める
(S15)。次に,過去のピクチャのピクチャ全体の予
測誤差分散値と処理中のGOP(Group Of Picture)の
残りの符号量から,これから処理するピクチャのピクチ
ャ全体の目標符号量を算出する(S16)。予測誤差の
分散値の総和に対するある単位符号化部11の予測誤差
の分散値の比率と前述のピクチャ全体の目標符号量の積
を,その単位符号化部11の目標符号量16とする(S
17)。このようにして,それぞれの単位符号化部11
のピクチャの目標符号量を決定し,次にそれぞれの単位
符号化部11が処理するピクチャの目標符号量16とし
て,各単位符号化部11に伝達する(S18)。
【0022】以上においては,ピクチャの予測誤差分散
値を過去のピクチャから求めているが,処理中のピクチ
ャの動き補償が終了した時点で予測誤差分散値を求め,
その情報をその時点で集計し,その情報をもとに各単位
符号化部11においてDCT係数の量子化,すなわち符
号量制御をすることも可能である。
【0023】この実施の形態のように,予測誤差分散値
の分布を利用することにより,より符号量が必要な領域
にはより多くの目標符号量を設定することが可能とな
り,適切な符号量配分を行うことができる。また,この
方法は,複数の符号化部がピクチャの各領域を並列に符
号化をする構造を持つシステムにおいても,各符号化部
間のピクチャ単位での符号量配分が可能であり,このよ
うな複数の符号化部を持つ符号化システムにおいて,従
来より高い画質の符号化を可能とする。また,その複雑
さ指標の比率に比例して各符号化部の目標符号量を決定
しているが,複雑さ指標の平方根の比率に比例して各符
号化部の目標符号量を決定したり,各符号化部に配分さ
れる符号量がある値以上もしくはある値以下にならない
ように制限を設けることが考えられる。
【0024】 〔本発明とは異なる第2の実施の形態〕 図3は,第2の実施の形態に係る動画像符号化装置の構
成例であって,複数の画像シーケンスを多重化して伝送
する際の動画像符号化システムを表している。この動画
像符号化装置は,複数の入力画像シーケンス23に対応
する複数の単位符号化部20,目標符号量決定部21,
多重化部(MUX部)22から構成される。
【0025】以下に,図4(A)のフローチャートに従
って,図2に示す動画像符号化装置の全体の動作を説明
する。
【0026】各画像シーケンス23内のピクチャは,そ
れぞれに対応する各単位符号化部20に入力され(S2
0),各単位符号化部20において次のように符号化さ
れる。この際に,各単位符号化部20は,目標符号量決
定部21から,これから処理するピクチャのピクチャ目
標符号量24が与えられたのち,ピクチャの符号化を行
う。
【0027】各単位符号化部20は,符号化するピクチ
ャの発生符号量が与えられた目標符号量24に一致する
ように符号量の制御をしながらそのピクチャの各マクロ
ブロックを符号化する(S21)。各単位符号化部20
は,ピクチャ符号化が終了すると,動き補償予測誤差の
分散値などの情報を目標符号量決定部21に伝達する
(S22)。ただし,動き補償をしない符号化処理モー
ドの場合は入力画像の分散値を用いる。各単位符号化部
20から出力された各ビットストリーム26は,MUX
部22において一つのビットストリーム27に統合され
る(S23)。
【0028】目標符号量決定部21においては,以下の
ような動作をする。図4(B)に示すフローチャートに
従って説明する。
【0029】各単位符号化部20が出力する予測誤差分
散値(または入力信号分散値)25の総和から全画像シ
ーケンスのピクチャの予測誤差の分散値(以下,全ピク
チャの予測誤差分散値とする)を求める(S24)。過
去のそれぞれのピクチャタイプの画面全体の予測誤差の
分散値と処理中のGOP(Group Of Picture)の残りの
符号量から,これから処理する全ピクチャの目標符号量
を算出する(S25)。
【0030】次に,各単位符号化部20の予測誤差の分
散値と,同時に各単位符号化部20の予測誤差の分散値
の総和を算出する(S26)。算出した予測誤差の分散
値の総和に対するある単位符号化部20の予測誤差の分
散値の比率と前述の全ピクチャの目標符号量の積を各画
像シーケンス23のピクチャの目標符号量24とする。
このようにして,それぞれの単位符号化部20のピクチ
ャの目標符号量24を決定し,次に単位符号化部20が
処理するピクチャの目標符号量として,各単位符号化部
20に与える(S27)。
【0031】以上においては,ピクチャの予測誤差分散
値を過去のピクチャから求めているが,処理中のピクチ
ャの動き補償が終了した時点で予測誤差分散値を求め,
その情報をその時点で集計し,その情報をもとに各単位
符号化部20においてDCT係数の量子化,すなわち符
号量制御をすることも可能である。
【0032】この実施の形態においては,複数の画像シ
ーケンスのピクチャの複雑さから各画像シーケンスに割
り当てるべき目標符号量の比率を求めることで,複数の
画像シーケンスのピクチャ単位での統一的なレート制御
を実現する。限られたビットレートの中でより符号量が
必要なシーケンスにはより多くの目標符号量を設定する
ことが可能となり,限られたビットレートの中で各画像
シーケンスの高画質の符号化を実現することができる。
【0033】〔第3の実施の形態〕図5は,第3の実施
の形態に係る動画像符号化装置の構成例を示している。
この動画像符号化装置は,入力画像分割部30,複数の
単位符号化部31,目標符号量決定部32,ストリーム
再構成部33から構成される。ここでは,符号化方法と
してブロック単位の符号量制御が可能な符号化方法,具
体的にはMPEG1,MPEG2またはH.26xなど
の国際標準符号化方法に対応した方法を用いる。
【0034】以下に,図6(A)のフローチャートに従
って,図5に示す動画像符号化装置の全体の動作を説明
する。
【0035】まず,入力画像分割部30において,入力
画像シーケンス34の各ピクチャは,複数の分割画像3
5に空間的に分割される(S30)。この場合は各ピク
チャはマクロブロックをまたがないように分割されるも
のとする。各分割画像35のシーケンスは,それぞれに
対応する各単位符号化部31へ分配され(S31),各
単位符号化部31において符号化される。
【0036】以下のステップS32〜S33は,各単位
符号化部31において並列に実行される。各単位符号化
部31は,目標符号量決定部32から,これから処理す
る各分割画像シーケンスのピクチャの目標符号量36が
与えられたのち,各ピクチャの符号化を次のように行
う。各単位符号化部31は,担当するピクチャの発生符
号量が目標符号量35に一致するように符号量の制御を
しながらそのピクチャの各マクロブロックを符号化する
(S32)。このマクロブロックの符号化を繰り返し,
ピクチャ符号化が終了すると,各単位符号化部31は,
発生符号量,平均量子化パラメータ37などの情報を目
標符号量決定部32に伝達する(S33)。各単位符号
化部31から出力された各ストリーム38は,ストリー
ム再構成部33において一つのストリーム39に再構成
される(S34)。
【0037】目標符号量決定部32においては,以下の
ような動作をする。図6(B)に示すフローチャートに
従って説明する。
【0038】各単位符号化部31が出力する発生符号量
の総和から,ピクチャ全体の発生符号量を求める(S3
5)。次に,各単位符号化部31が出力する平均量子化
パラメータと各分割画像の大きさの比率からピクチャ全
体の平均量子化パラメータを求める(S36)。以上に
述べたピクチャ全体の発生符号量とピクチャ全体の平均
量子化パラメータの積をとることでピクチャ全体の複雑
さ指標を求める(S37)。そして,過去のピクチャの
ピクチャ全体の複雑さ指標と処理中のGOP(Group Of
Picture)の残りの符号量から,これから処理するピク
チャ全体の目標符号量を算出する(S38)。次に,各
単位符号化部31の処理したピクチャの複雑さ指標とし
て単位符号化部31が出力するピクチャ発生符号量と平
均量子化パラメータの積を算出し,同時に各単位符号化
部31の複雑さ指標の総和を算出する(S39)。以上
の複雑さ指標の総和に対するある単位符号化部31の複
雑さ指標の比率と前述のピクチャ全体の目標符号量の積
を,単位符号化部31が処理するピクチャの目標符号量
36とする(S40)。このようにして,それぞれの単
位符号化部31の処理するピクチャの目標符号量36を
決定し,次に各単位符号化部31がピクチャを処理する
際の目標符号量として,各単位符号化部31に与える
(S41)。
【0039】この実施の形態では,各領域の複雑さを表
す指標として発生符号量と平均量子化パラメータの積を
符号量の配分に用いているが,この指標は同じ画像パタ
ーンであればどのような量子化を行ったかによらず一定
の値になる傾向があり,この指標の比率に基づいて符号
量配分することで各領域の量子化の程度がほぼ平均化さ
れ,画面全体の平均的な画質の向上に有効である。
【0040】本実施の形態においては発生符号量と平均
量子化パラメータの積を用いているが,各パラメータを
べき乗して積をとった値,もしくはそのような値同士の
和などで複雑さを表す指標とする方法も有効である。ま
た,その指標に比例した符号量配分でなく,例えば極端
に配分が少なくなる場合には,それを制限したりするよ
うな措置をとることも有効である。
【0041】以上に述べた方法により,この実施の形態
に述べたような複数の符号化部が並列に符号化をする構
造を持つシステムにおける各符号化部間のピクチャ単位
での適切な符号量配分が可能となり,画質の向上に寄与
する。
【0042】 〔本発明とは異なる第4の実施の形態〕 図7は,第4の実施の形態に係る動画像符号化装置の構
成例であって,複数の画像シーケンスを多重化して伝送
する際の動画像符号化システムを表している。この動画
像符号化装置は,複数の入力画像シーケンス43に対応
する複数の単位符号化部40,目標符号量決定部41,
多重化部(MUX部)42から構成される。
【0043】以下に,図8(A)のフローチャートに従
って,図7に示す動画像符号化装置の全体の動作を説明
する。
【0044】各画像シーケンス43内のピクチャは,そ
れぞれに対応する各単位符号化部40に入力され(S5
0),各単位符号化部40において次のように符号化さ
れる。この際に,各単位符号化部40は,目標符号量決
定部41から,これから処理するピクチャのピクチャ目
標符号量44が与えられたのち,ピクチャの符号化を行
う。
【0045】各単位符号化部40は,符号化するピクチ
ャの発生符号量が与えられた目標符号量44に一致する
ように符号量の制御をしながらそのピクチャの各マクロ
ブロックを符号化する(S51)。各マクロブロックの
符号化を繰り返し,ピクチャ符号化が終了すると,各単
位符号化部40は,発生符号量,平均量子化パラメータ
45などの情報を目標符号量決定部41に伝達する(S
52)。各単位符号化部40から出力された各ビットス
トリーム46は,MUX部42において一つのビットス
トリーム47に統合される(S53)。
【0046】目標符号量決定部41においては,以下の
ような動作をする。図8(B)に示すフローチャートに
従って説明する。
【0047】各単位符号化部40が出力する発生符号量
の総和から全画像シーケンスのピクチャの発生符号量
(以下,全ピクチャの発生符号量とする)を求める(S
54)。次に,各単位符号化部40が出力する平均量子
化パラメータと各ピクチャの大きさの比率から全画像シ
ーケンスのピクチャの平均量子化パラメータ(以下,全
ピクチャの平均量子化パラメータとする)を求める(S
55)。
【0048】以上に述べた全ピクチャの発生符号量と全
ピクチャの平均量子化パラメータの積をとることで全ピ
クチャの複雑さ指標を求める(S56)。そして,過去
のピクチャの全ピクチャの複雑さを指標と処理中のGO
P(Group Of Picture)の残りの符号量の総和から,こ
れから処理する全ピクチャの目標符号量を算出する(S
57)。次に,各単位符号化部40の発生符号量と平均
量子化パラメータの積から複雑さ指標を求め,同時に各
単位符号化部40の複雑さ指標の総和を算出する(S5
8)。
【0049】上記の複雑さ指標の総和に対するある単位
符号化部40の複雑さ指標の比率と前述の全ピクチャの
目標符号量との積を,各画像シーケンス43のピクチャ
目標符号量44とする(S59)。このようにして,そ
れぞれの単位符号化部40のピクチャの目標符号量44
を決定し,次に各単位符号化部40が処理するピクチャ
の目標符号量として,各単位符号化部40に与える(S
60)。
【0050】この実施の形態により,複数の画像シーケ
ンスのピクチャ単位での統一的なレート制御が可能とな
る。特に,複雑さを表す指標として発生符号量と平均量
子化パラメータの積を符号量の配分に用いているが,こ
の指標は同じ画像パターンであればどのような量子化を
行ったかによらず一定の値になる傾向があり,より適切
な符号量配分が可能となる。
【0051】〔第5の実施の形態〕図9は,第5の実施
の形態に係る動画像符号化装置の構成例を示している。
この動画像符号化装置は,入力画像分割部50,複数の
単位符号化部51,目標符号量決定部52,ストリーム
再構成部53から構成される。また,ここでは符号化方
法としてブロック単位の符号量制御が可能な符号化方
法,具体的にはMPEG1,MPEG2またはH.26
xなどの国際標準符号化方法に対応した方法を用いる。
【0052】以下に,図10(A)のフローチャートに
従って,図9に示す動画像符号化装置の全体の動作を説
明する。
【0053】まず,入力画像分割部50において,入力
画像シーケンス54の各ピクチャは,複数の分割画像5
5に空間的に分割される(S70)。この場合に,各ピ
クチャはマクロブロックをまたがないように分割される
ものとする。各分割画像55のシーケンスは,それぞれ
に対応する各単位符号化部51に分配され(S71),
以下のステップS72〜S73により,各単位符号化部
51において並列に符号化される。
【0054】各単位符号化部51は,目標符号量決定部
52から,これから処理する各分割画像シーケンスのピ
クチャの目標符号量56が与えられたのち,各ピクチャ
の符号化を行う。各単位符号化部51は,担当する分割
画像ピクチャの発生符号量が目標符号量56に一致する
ように符号量の制御をしながらその分割画像ピクチャの
各マクロブロックを符号化する(S72)。分割画像ピ
クチャの符号化が終了すると,各単位符号化部51は,
発生符号量,平均量子化パラメータ57などの情報を目
標符号量決定部52に伝達する(S73)。各単位符号
化部51から出力された各ストリーム58は,ストリー
ム再構成部53において一つのストリーム59に再構成
される(S74)。
【0055】目標符号量決定部52においては,以下の
ような動作をする。図10(B)に示すフローチャート
に従って説明する。
【0056】各単位符号化部51が出力する発生符号量
の総和から,ピクチャ全体の発生符号量を求める(S7
5)。また,各単位符号化部51が出力する平均量子化
パラメータと各分割画像の大きさの比率からピクチャ全
体の平均量子化パラメータを求める(S76)。以上に
述べたピクチャ全体の発生符号量とピクチャ全体の平均
量子化パラメータの積をとることで,ピクチャ全体の複
雑さ指標を求める(S77)。そして,過去のそれぞれ
ピクチャタイプの画面全体の複雑さ指標と処理中のGO
P(Group Of Picture)の残りの符号量から,これから
処理するピクチャ全体の目標符号量を算出する(S7
8)。
【0057】次に,各単位符号化部51の複雑さ指標と
して,各単位符号化部51が出力するピクチャ発生符号
量と平均量子化パラメータの積を算出し,同時に各単位
符号化部51の複雑さ指標の総和を算出する(S7
9)。この複雑さ指標の総和に対するある単位符号化部
51の複雑さ指標の比率と前述のピクチャ全体の目標符
号量の積とを,その単位符号化部51の目標符号量56
とする(S80)。このようにして,それぞれの単位符
号化部51のピクチャの目標符号量56を決定し,次に
各単位符号化部51が同じピクチャタイプのピクチャを
処理する際の目標符号量として,各単位符号化部51に
与える(S81)。
【0058】この実施の形態では,符号量配分に使用す
る過去のピクチャを当該ピクチャタイプのピクチャタイ
プと同じものを持つピクチャに限定している。それゆえ
にピクチャタイプにおけるDCT対象の画像パターンの
違いにおける影響を考慮した符号量配分ができる。それ
ゆえ複数の符号化部が並列に符号化をする構造を持つシ
ステムにおける各符号化部間のピクチャ単位での適切な
符号量配分が可能となり,画質の向上に寄与する。
【0059】〔第6の実施の形態〕図11は,第6の実
施の形態に係る動画像符号化装置の構成例を示してい
る。前述の実施の形態においては,分割画像を複数の単
位符号化部で並列に符号化していたが,本実施の形態で
は,一つの符号化部において時分割で各分割画像を符号
化する。この動画像符号化装置は,入力画像分割部6
0,符号化部61,目標符号量決定部62,ストリーム
再構成部63から構成される。また,ここでは符号化方
法としてブロック単位の符号量制御が可能な符号化方
法,具体的にはMPEG1,MPEG2またはH.26
xなどの国際標準符号化方法に対応した方法を用いる。
【0060】以下に,図12(A)のフローチャートに
従って,図11に示す動画像符号化装置の全体の動作を
説明する。
【0061】まず,入力画像分割部60において,入力
画像シーケンス64の各ピクチャは,複数の分割画像6
5に空間的に分割される(S90)。この場合に,各ピ
クチャはマクロブロックをまたがないように分割される
ものとする。各分割画像65のピクチャは,それぞれ符
号化部61へ順番に送られ(S91),符号化部61に
おいて符号化される。ただし,符号化部61を実現する
実体は一つだけ存在し,各画像シーケンスのピクチャ
は,時分割で時間的に直列に符号化処理が行われる。ま
た,符号化部61は,複数のシーケンスのフレーム間符
号化を行うために必要な記憶媒体を持っている。
【0062】符号化部61は,目標符号量決定部62か
ら,これから処理する分割画像シーケンスのピクチャの
目標符号量66が与えられたのち,各ピクチャの符号化
を行う。符号化部61は,符号化処理する分割画像ピク
チャの発生符号量が目標符号量66に一致するように符
号量の制御をしながら,その分割画像ピクチャの各マク
ロブロックを符号化する(S92)。
【0063】各分割画像ピクチャの符号化が終了する
と,符号化部61は,発生符号量,平均量子化パラメー
タ67などの情報を,目標符号量決定部62に伝達する
(S93)。以上のステップS91〜S93を全分割画
像についての処理が終了するまで繰り返す。符号化部6
1から出力された各分割画像シーケンスのストリーム6
8は,ストリーム再構成部63において一つのストリー
ム69に再構成される(S94)。
【0064】目標符号量決定部62においては,以下の
ような動作をする。図12(B)に示すフローチャート
に従って説明する。
【0065】符号化部61が出力する各分割画像の発生
符号量の総和から,ピクチャ全体の発生符号量を求める
(S95)。また,符号化部61が出力する平均量子化
パラメータと各分割画像の大きさの比率からピクチャ全
体の平均量子化パラメータを求める(S96)。以上に
述べたピクチャ全体の発生符号量とピクチャ全体の平均
量子化パラメータの積をとることでピクチャ全体の複雑
さ指標を求める(S97)。そして,過去のピクチャの
ピクチャ全体の複雑さ指標と処理中のGOP(Group Of
Picture)の残りの符号量から,これから処理するピク
チャ全体の目標符号量を算出する(S98)。
【0066】次に,各分割画像の複雑さ指標として符号
化部61が出力するピクチャ発生符号量と平均量子化パ
ラメータの積を算出し,同時に符号化部61の複雑さ指
標の総和を算出する(S99)。この複雑さ指標の総和
に対するある分割画像の複雑さ指標の比率と前述のピク
チャ全体の目標符号量の積を,その分割画像の目標符号
量66とする(S100)。このようにして,それぞれ
の分割画像のピクチャの目標符号量66を決定し,次に
符号化部61が同じピクチャタイプの分割画像ピクチャ
を処理する際の目標符号量として,符号化部61に与え
る(S101)。
【0067】この実施の形態では,符号量配分に使用す
る過去のピクチャを当該ピクチャタイプのピクチャタイ
プと同じものを持つピクチャに限定している。それゆえ
にピクチャタイプにおけるDCT対象の画像パターンの
違いにおける影響を考慮した符号量配分ができ,画質の
向上に寄与する。
【0068】〔第7の実施の形態〕図13は,第7の実
施の形態に係る動画像符号化装置の構成例を示してい
る。この動画像符号化装置においては,処理画像内に複
数の領域を設定し,発生符号量を制御する処理のみを各
領域ごとに別に行う。また,本例では符号化方法として
処理ブロック単位の符号量制御が可能な符号化方法,具
体的にはMPEG1,MPEG2またはH.26xなど
の国際標準符号化方法に対応した方法を用いる。よっ
て,この場合,発生符号量制御部としてDCT係数の量
子化パラメータを決定する量子化部72が当てはまる。
【0069】以下に,図14(A)のフローチャートに
従って,図13に示す動画像符号化装置の全体の動作を
説明する。
【0070】動き補償部70は,入力画像シーケンス7
5について動き補償を行い(S110),その結果の予
測誤差画像76をDCT部71へ送る。DCT部71
は,DCT係数77を求め,各領域ごとの量子化部72
へ送る(S111)。各量子化部72は,ピクチャの各
領域内のマクロブロックの量子化パラメータの決定を開
始する際に,目標符号量決定部73から各領域の目標符
号量78が与えられたのち開始する。ただし,量子化部
72は複数存在し,それらが並列に動作する。
【0071】各量子化部72は,各領域の発生符号量が
目標符号量決定部73から与えられた各領域の目標符号
量78に一致するように符号量の制御をしながら,領域
内の各マクロブロックの量子化パラメータを決定する
(S112)。各量子化部72はその領域の量子化パラ
メータの決定が終了すると,その領域の発生符号量,平
均量子化パラメータ79を目標符号量決定部73に伝達
する(S113)。可変長符号化部74は,決定された
量子化パラメータに従って可変長符号化を行う(S11
4)。
【0072】目標符号量決定部73においては,以下の
ような動作をする。図14(B)に示すフローチャート
に従って説明する。
【0073】目標符号量決定部73は,各領域の発生符
号量の総和からピクチャ全体の発生符号量を求める(S
115)。次に,目標符号量決定部73は,各領域の平
均量子化パラメータと各領域の大きさからピクチャ全体
の平均量子化パラメータを求める(S116)。次に,
画面全体の複雑さ指標として,以上に述べたピクチャ全
体の発生符号量とピクチャ全体の平均量子化パラメータ
の積を求める(S117)。そして,過去のそれぞれの
ピクチャタイプの画面全体の複雑さ指標と処理中のGO
P(Group Of Picture)の残りの符号量から,これから
処理するピクチャ全体の目標符号量を算出する(S11
8)。
【0074】次に,各領域の複雑さ指標として領域が出
力する発生符号量と平均量子化パラメータの積を算出
し,同時に各領域の複雑さ指標の総和を算出する(S1
19)。この複雑さ指標の総和に対するある領域の複雑
さを表す指標の比率と前述のピクチャ全体の目標符号量
の積を,その領域の目標符号量とする(S120)。こ
のようにして,それぞれの領域の目標符号量78を決定
し,次に同じピクチャタイプを処理する際の各領域の目
標符号量として,各領域を担当する量子化部72に与え
る(S121)。
【0075】この実施の形態により,各々のピクチャ処
理毎に符号化対象の各部分の過去の特性を反映した符号
量が各部分に目標値として割り当てられるため,画像全
体の符号量の配分が従来技術に比べてより適切になり,
良い画質が得られるようになる。具体的にはピクチャ符
号化開始時毎にピクチャ内に設定した複数の領域毎の適
切な目標符号量を過去のピクチャの領域毎の情報から決
定し,それに基づいて領域毎に符号量制御を行うことで
より高画質な符号化を実現することが可能となる。
【0076】〔第8の実施の形態〕図15は,第8の実
施の形態に係る動画像符号化装置の構成例を示してい
る。前述の実施の形態においては,複数の量子化部にお
いて並列に量子化を行ったが本例では,各領域のDCT
係数は一つの量子化部82で時分割で時間的に直列に処
理される。図15の動画像符号化装置において,処理画
像内に複数の領域を設定し,発生符号量を制御する処理
のみを各領域ごとに別に行う。また,本例では符号化方
法として処理ブロック単位の符号量制御が可能な符号化
方法,具体的にはMPEG1,MPEG2またはH.2
6xなどの国際標準符号化方法に対応した方法を用い
る。よって,この場合,発生符号量制御部としてDCT
係数の量子化パラメータを決定する量子化部82が当て
はまる。
【0077】以下に,図16(A)のフローチャートに
従って,図15に示す動画像符号化装置の全体の動作を
説明する。
【0078】動き補償部80は,入力画像シーケンス8
5について動き補償を行い(S130),その結果の予
測誤差画像86をDCT部81へ送る。DCT部81
は,DCT係数87を求め(S131),量子化部82
へ送る。各量子化部82は,ピクチャの各領域内のマク
ロブロックの量子化パラメータの決定を開始する際に,
目標符号量決定部83から各領域の目標符号量88が与
えられたのち開始する。ただし,量子化部82を実現す
る実体は一つで,各領域の量子化は,以下に説明する処
理により時分割で時間的に直列に行われる。
【0079】量子化部82は,各領域の発生符号化量が
目標符号量決定部83から与えられた各領域の目標符号
量88に一致するように符号量の制御をしながら,領域
内の各マクロブロックの量子化パラメータを決定する
(S132)。量子化部82は,各領域の量子化パラメ
ータの決定が終了すると,その領域の発生符号量,平均
量子化パラメータ89を目標符号量決定部83に伝達す
る(S133)。以上のステップS132〜S133
を,全領域についての処理が終了するまで繰り返す。可
変長符号化部84は,量子化部82によって決定した量
子化パラメータに従って可変長符号化を行う(S13
4)。
【0080】目標符号量決定部83においては,以下の
ような動作をする。図16(B)に示すフローチャート
に従って説明する。
【0081】目標符号量決定部83は,各領域の発生符
号量の総和からピクチャ全体の発生符号量を求める(S
135)。各領域の平均量子化パラメータと各領域の大
きさからピクチャ全体の平均量子化パラメータを求める
(S136)。次に,画面全体の複雑さ指標として,以
上に述べたピクチャ全体の発生符号量とピクチャ全体の
平均量子化パラメータの積を求める(S137)。そし
て,過去のそれぞれのピクチャタイプの画面全体の複雑
さ指標と処理中のGOP(Group Of Picture)の残りの
符号量から,これから処理するピクチャ全体の目標符号
量を算出する(S138)。
【0082】次に,各領域の複雑さ指標として領域が出
力する発生符号量と平均量子化パラメータの積を算出
し,同時に各領域の複雑さ指標の総和を算出する(S1
39)。この複雑さ指標の総和に対するある領域の複雑
さを表す指標の比率と前述のピクチャ全体の目標符号量
の積を,その領域の目標符号量とする(S140)。こ
のようにして,それぞれの領域の目標符号量89を決定
し,次に同じピクチャタイプを処理する際の各領域の目
標符号量として,各領域を担当する量子化部82に与え
る(S141)。
【0083】この実施の形態により,各々のピクチャ処
理毎に符号化対象の各部分の過去の特性を反映して符号
量が各部分に目標値として割り当てられるため,画像全
体の符号量の配分が従来技術に比べてより適切になり,
良い画質が得られるようになる。具体的には,ピクチャ
符号化開始時毎にピクチャ内に設定した複数の領域毎の
適切な目標符号量を過去のピクチャの領域毎の情報から
決定し,それに基づいて領域毎に符号量制御を行うこと
でより高画質な符号化を実現することが可能となる。
【0084】 〔本発明とは異なる第9の実施の形態〕 図17は,第9の実施の形態に係る動画像符号化装置の
構成例であって,複数の画像シーケンスを多重化して伝
送する際の動画像符号化システムを表している。この動
画像符号化装置は,複数の入力画像シーケンス93に対
応する複数の単位符号化部90,目標符号量決定部9
1,多重化部(MUX部)92から構成される。
【0085】以下に,図18(A)のフローチャートに
従って,図17に示す動画像符号化装置の全体の動作を
説明する。
【0086】各画像シーケンス93内のピクチャはそれ
ぞれに対応する各単位符号化部90へ入力され(S15
0),各単位符号化部90において以下の処理により符
号化される。この際に,各単位符号化部90は,目標符
号量決定部91から,これから処理するピクチャのピク
チャ目標符号量94が与えられたのち,ピクチャの符号
化を行う。
【0087】各単位符号化部90は,符号化するピクチ
ャの発生符号量が与えられた目標符号量94に一致する
ように符号量の制御をしながら,そのピクチャの各マク
ロブロックを符号化する(S151)。ピクチャ符号化
が終了すると,各単位符号化部90は,発生符号量,平
均量子化パラメータ95などの情報を目標符号量決定部
91に伝達する(S152)。各単位符号化部90から
出力された各ビットストリーム96は,MUX部92に
おいて一つのビットストリーム97に統合される(S1
53)。
【0088】目標符号量決定部91においては,以下の
ような動作をする。図18(B)に示すフローチャート
に従って説明する。
【0089】目標符号量決定部91は,各単位符号化部
90が出力する発生符号量の総和から全画像シーケンス
のピクチャの発生符号量(以下,全ピクチャの発生符号
量とする)を求める(S154)。また,各単位符号化
部90が出力する平均量子化パラメータと各ピクチャの
大きさの比率から全画像シーケンスのピクチャの平均量
子化パラメータ(以下,全ピクチャの平均量子化パラメ
ータとする)を求める(S155)。以上に述べた全ピ
クチャの発生符号量と全ピクチャの平均量子化パラメー
タの積をとることで全ピクチャの複雑さ指標を求める
(S156)。そして,過去のピクチャの全ピクチャの
複雑さ指標と処理中のGOP(Group Of Picture)の残
りの符号量の総和から,これから処理する全ピクチャの
目標符号量を算出する(S157)。
【0090】次に,各単位符号化部90の発生符号量と
平均量子化パラメータの積から複雑さ指標を求め,同時
に各単位符号化部90の複雑さ指標の総和を算出する
(S158)。この複雑さ指標の総和に対するある単位
符号化部90の複雑さ指標の比率と前述の全ピクチャの
目標符号量との積を各画像シーケンス93のピクチャ目
標符号量94とする(S159)。このようにして,そ
れぞれの単位符号化部90のピクチャの目標符号量94
を決定し,次に各単位符号化部90が処理する同じピク
チャタイプのピクチャの目標符号量として,各単位符号
化部90に与える(S160)。
【0091】この実施の形態により,複数の画像シーケ
ンスのピクチャ単位での統一的なレート制御が可能とな
る。特に,複雑さを表す指標として発生符号量と平均量
子化パラメータの積を符号量の配分に用いているが,こ
の指標は同じ画像パターンであればどのような量子化を
行ったかによらず一定の値になる傾向があり,より適切
な符号量配分が可能となる。また,ピクチャタイプによ
る画像の複雑さの偏りもピクチャタイプ別の符号量配分
決定処理をすることで問題なく処理することができる。
【0092】 〔本発明とは異なる第10の実施の形態〕 図19は,第10の実施の形態に係る動画像符号化装置
の構成例を示している。この動画像符号化装置は,前段
ですでにつくられた複数のビデオオブジェクトシーケン
スの符号化を統一的なレート制御のもとで符号化を行う
もので,具体的な符号化方法としてはMPEG4を用い
る。
【0093】以下に,図20(A)のフローチャートに
従って,図19に示す動画像符号化装置の全体の動作を
説明する。
【0094】各ビデオオブジェクトシーケンス104内
のビデオオブジェクトプレーン(以下,VOPと表す)
は,それぞれに対応する各単位符号化部101に入力さ
れ(S170),各単位符号化部101において符号化
される。また,ここでいうビデオオブジェクト内のVO
Pとは,通常の画像シーケンス内のピクチャと対応する
ものである。
【0095】この際に,各単位符号化部101は,目標
符号量決定部102から,これから処理するVOPの目
標符号量105が与えられたのち,VOPの符号化を行
う。各単位符号化部101は,符号化するVOPの発生
符号量が目標符号量決定部102から与えられた目標符
号量105に一致するように符号量の制御をしながら,
そのVOPの各マクロブロックを符号化する(S17
1)。VOP符号化が終了時すると,各単位符号化部1
01は,発生符号量,平均量子化パラメータ106など
の情報を目標符号量決定部102に伝達する(S17
2)。各単位符号化部101から出力された各ビットス
トリーム107は,MUX部103において一つのビッ
トストリーム108に統合される(S173)。
【0096】目標符号量決定部102においては,以下
のような動作をする。図20(B)に示すフローチャー
トに従って説明する。
【0097】目標符号量決定部102は,各単位符号化
部101が出力する発生符号量の総和から全オブジェク
トシーケンスのVOPの発生符号量(以下,全VOPの
発生符号量とする)を求める(S174)。また,各単
位符号化部101が出力する平均量子化パラメータと各
VOPの大きさの比率から全オブジェクトシーケンスの
VOPの平均量子化パラメータ(以下,全VOPの平均
量子化パラメータとする)を求める(S175)。以上
に述べた全VOPの発生符号量と全VOPの平均量子化
パラメータの積をとることで全VOPの複雑さ指標を求
める(S176)。そして,過去のVOPの全VOPの
複雑さ指標と残りの利用可能な符号量の総和から,これ
から処理する全VOPの目標符号量を算出する(S17
7)。
【0098】次に,各単位符号化部101の発生符号量
と平均量子化パラメータの積から複雑さ指標を求め,同
時に各単位符号化部101の複雑さ指標の総和を算出す
る(S178)。この複雑さ指標の総和に対するある単
位符号化部101の複雑さ指標の比率と前述の全VOP
の目標符号量との積を,各ビデオオブジェクトシーケン
ス104のVOPの各単位符号化部101に対する目標
符号量105とする(S179) 。このようにして,そ
れぞれの単位符号化部101のVOPの目標符号量10
5を決定し,次に各単位符号化部101が処理する同じ
符号化タイプのVOPの目標符号量として,各単位符号
化部101に与える(S180)。
【0099】この実施の形態により,複数のビデオオブ
ジェクトシーケンスのVOP単位での統一的なレート制
御が可能となる。特に,複雑さを表す指標として発生符
号量と平均量子化パラメータの積を符号量の配分に用い
ているが,この指標は同じ画像パターンであればどのよ
うな量子化を行ったかによらず一定の値になる傾向があ
り,より適切な符号量配分が可能となる。
【0100】
【発明の効果】以上に述べたように本発明によれば,動
画像の符号化において高画質な符号化が可能になるとい
う効果が得られる。特に,複数の符号化装置からなる動
画像の符号化においては,高性能で高画質な符号化が可
能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態の動画像符号化装置の構成図
である。
【図2】第1の実施の形態の動画像符号化装置の動作を
示すフローチャートである。
【図3】第2の実施の形態の動画像符号化装置の構成図
である。
【図4】第2の実施の形態の動画像符号化装置の動作を
示すフローチャートである。
【図5】第3の実施の形態の動画像符号化装置の構成図
である。
【図6】第3の実施の形態の動画像符号化装置の動作を
示すフローチャートである。
【図7】第4の実施の形態の動画像符号化装置の構成図
である。
【図8】第4の実施の形態の動画像符号化装置の動作を
示すフローチャートである。
【図9】第5の実施の形態の動画像符号化装置の構成図
である。
【図10】第5の実施の形態の動画像符号化装置の動作
を示すフローチャートである。
【図11】第6の実施の形態の動画像符号化装置の構成
図である。
【図12】第6の実施の形態の動画像符号化装置の動作
を示すフローチャートである。
【図13】第7の実施の形態の動画像符号化装置の構成
図である。
【図14】第7の実施の形態の動画像符号化装置の動作
を示すフローチャートである。
【図15】第8の実施の形態の動画像符号化装置の構成
図である。
【図16】第8の実施の形態の動画像符号化装置の動作
を示すフローチャートである。
【図17】第9の実施の形態の動画像符号化装置の構成
図である。
【図18】第9の実施の形態の動画像符号化装置の動作
を示すフローチャートである。
【図19】第10の実施の形態の動画像符号化装置の構
成図である。
【図20】第10の実施の形態の動画像符号化装置の動
作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
10 入力画像分割部 11 単位符号化部 12 目標符号量決定部 13 ストリーム再構成部 14 入力画像シーケンス 15 分割画像 16 目標符号量 17 予測誤差分散値/入力信号分散値 18 ストリーム 19 ストリーム
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−303252(JP,A) 特開 平6−62393(JP,A) 特開 平7−327229(JP,A) 特開 平7−264580(JP,A) 特開 平6−165153(JP,A) 特開 平10−257489(JP,A) L.Chiariglione,“M PEG and Multimedia Communications”,I EEE Transactions o n Circuits and Sys tems for Video Tec hnology,Feb.1997,Vo l.7,No.1,pp.5−18 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68 JICSTファイル(JOIS)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の領域からなるピクチャに対して、
    各領域毎に符号化を行い、かつ一つの符号化ビットスト
    リームを出力する動画像符号化装置であって、ピクチャ
    の領域毎の符号化処理情報から求めたピクチャ全体の複
    雑さを表す指標と、GOP内の残り符号量から、ピクチャ
    毎にピクチャ全体の目標符号量を算出し、その算出結果
    から領域毎の符号化処理情報に応じてピクチャの各領域
    毎の目標符号量を決定する目標符号量決定部と、前記目
    標符号量決定部が決定した各領域毎の目標符号量に従っ
    て、ピクチャの各領域についての発生符号量が当該各領
    域毎の目標符号量に一致するように前記ピクチャの各領
    域の符号化処理を行う符号化部とを備えることを特徴と
    する動画像符号化装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の動画像符号化装置にお
    いて、前記目標符号量決定部は、前記符号処理情報とし
    て複雑さを表す指標を用いることを特徴とする動画像符
    号化装置。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の動画像符号化装置にお
    いて、前記目標符号量決定部が符号化処理情報として用
    いる複雑さを表す指標は、平均量子化パラメータと発生
    符号量の積で表されるものであることを特徴とする動画
    像符号化装置。
  4. 【請求項4】 複数の領域からなるピクチャに対して、
    各領域毎に符号化を行い、かつ一つの符号化ビットスト
    リームを出力する動画像符号化方法であって、ピクチャ
    の領域毎の符号化処理情報から求めたピクチャ全体の複
    雑さを表す指標と、GOP内の残り符号量から、ピクチャ
    毎にピクチャ全体の目標符号量を算出し、その算出結果
    から領域毎の符号化処理情報に応じてピクチャの各領域
    毎の目標符号量を決定し、決定した各領域毎の目標符号
    量に従って、ピクチャの各領域についての発生符号量が
    当該各領域毎の目標符号量に一致するようにピクチャの
    各領域の符号化処理を行うことを特徴とする動画像符号
    化方法。
  5. 【請求項5】 請求項4に記載の動画像符号化方法にお
    いて、符号処理情報として、複雑さを表す指標を用いる
    ことを特徴とする動画像符号化方法。
  6. 【請求項6】 請求項5に記載の動画像符号化方法にお
    いて、複雑さを表す指標として平均量子化パラメータと
    発生符号量の積で表される複雑さ指標を用いることを特
    徴とする動画像符号化方法。
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