JP3629728B2 - 動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体に関し、特に、動画像の映像信号（以下、動画像信号という。）を、例えば光磁気ディスクや磁気テープなどの記録媒体（以下、動画像信号記録媒体という。）に記録し、また、動画像信号記録媒体から動画像信号を再生してディスプレイなどに表示したり、例えばテレビ会議システム、テレビ電話システム、放送用機器などのように動画像信号を伝送路を介して送信側から受信側に伝送する場合などにおいて用いられる動画像信号符号化方法、画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動画像信号をそのままディジタル化するとデータ量が膨大となり、動画像信号のデータを限られた伝送容量の伝送路で伝送するためには、データの符号化（情報圧縮）が必要となる。
一般に、動画像は定常的でなく、画面の絵柄や動きは時間的に変化する。また、画像内でも画面の中央部と周辺部では絵柄や動きが大きく異る場合がある。そのため、動画像信号を符号化する符号化器で発生する情報量（以下、発生情報量という。）は、こうした変化に依存しており、大幅に変化する。このような画像毎に発生情報量が変化する符号化器の出力（以下、符号化出力という。）を一定の伝送ビットレートで送るためには、符号化器の最終段に送信バッファを設ける。すなわち、発生情報量が変化する符号化出力を一時的に送信バッファに蓄え、それを一定の伝送ビットレートで読み出して伝送路へ送り出し、符号化器から出力される符号化出力のデータ量を一定に保っている。
【０００３】
発生情報量の制御単位としては、連続する何枚かの画像をまとめたグループ単位で行なう方法が広く用いられている。すなわち、そのグループの中では画像毎に発生情報量は変化するが、グループの合計の発生情報量を目標量に押えるという制御方法が用いられている。このグループを作る画像数は、一般には固定である。例えば、広く知られているものとしては所謂ＭＰＥＧ２（ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８）における所謂ＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）と呼ばれるものがある。
【０００４】
図８は、ＧＯＰ単位で発生情報量の制御を行なう動画像信号符号化装置の具体的な回路構成を示すブロック図である。端子１００を介して入力される原入力画像信号Ｓ１は、前処理器１０１において、被符号化フレーム信号Ｓ２に変換される。ただし、ここでは前処理器１０１は、何も処理を行なわないとする。
被符号化フレーム信号Ｓ２は、符号化器１０２へ入力され、ここで符号化され、この符号化器１０２からは符号化情報Ｓ３が出力される。ところで、符号化器１０２では、例えばＭＰＥＧ２などで広く知られている動き補償予測符号化と離散コサイン変換（以下、ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ という。） を組み合わせたハイブリッド符号化方法が用いられる。そして、符号化情報Ｓ３は、送信バッファ１０４に一時的に蓄えられると共に、フレームビットカウンタ１０６へ入力される。フレームビットカウンタ１０６は、符号化情報Ｓ３のビット数を計数（カウント）し、そのカウント値を符号化ビット量Ｓ７として出力する。
【０００５】
この従来の動画像信号符号化装置では、例えば図９に示すように、Ｎ（Ｎ≧１）枚の被符号化画像１０（被符号化フレーム信号Ｓ２）をＧＯＰとし、このＧＯＰ（単位）で発生情報量の制御を行なうようになっている。すなわち、計算器１０８は、下記式１により、１ＧＯＰに割り当てられる目標ビット量Ｇを算出する。
【０００６】
Ｇ＝（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ×Ｎ）／ｃｏｄｅｄ ＿ｆｒａｍｅ ＿ｒａｔｅ・・・式１
ここで、ｃｏｄｅｄ ＿ｆｒａｍｅ ＿ｒａｔｅは、被符号化フレーム信号Ｓ２のフレームレートであり、ｂｉｔ ＿ｒａｔｅは、送信バッファ１０４から出力されるビットストリームＳ４のビットレートである。そして、計算器１０８は、この目標ビット量Ｇを信号Ｓ８とし、スイッチ１１０を介してレジスタ１０７に供給する。
【０００７】
一方、Ｎ進フレームカウンタ１０５は、被符号化フレーム信号Ｓ２が符号化器１０２へ入力される時刻に同期して前処理器１０１から供給される被符号化フレーム同期信号Ｓ５をカウントすることにより、符号化器１０２へ入力されるフレーム数を１からＮまでカウントする。そして、このＮ進フレームカウンタ１０５は、カウンタ値が１となるときにフラグＳ６を１にする（立てる）ことにより、スイッチ１１０をオンに制御する。この結果、計算器１０８からスイッチ１１０を介して目標ビット量Ｇがレジスタ１０７に供給される。レジスタ１０７は、この目標ビット量Ｇを記憶する。
【０００８】
また、一方、前処理器１０１から被符号化フレーム同期信号Ｓ５が出力されると、スイッチ１０９がオンになり、このスイッチ１０９を介してフレームビットカウンタ１０６から、１フレーム前に入力された被符号化フレーム信号Ｓ２の符号化ビット量Ｓ７がレジスタ１０７に入力され、レジスタ１０７は、目標ビット量Ｇから符号化ビット量Ｓ７を減算する。その直後、フレームビットカウンタ１０６は、０にクリアされる。
【０００９】
かくして、ＧＯＰの中で最初に符号化される被符号化フレーム信号Ｓ２が符号化器１０２へ入力する時刻に、そのＧＯＰの目標ビット量Ｇがレジスタ１０７に記憶され、そして、被符号化フレーム信号Ｓ２が符号化される毎に、符号化ビット量Ｓ７がレジスタ１０７の値から減算されることになる。
レジスタ１０７の値、すなわちＧＯＰに割り当てられたビット数の残量Ｓ９は、符号化パラメータコントローラ１０３に供給され、符号化パラメータコントローラ１０３は、ビット数の残量Ｓ９に基づいた符号化パラメータ制御信号Ｓ１６により、符号化器１０２の符号化パラメータを制御する。この符号化パラメータコントローラ１０３での制御は、ＧＯＰに割り当てられた目標ビット量Ｇと実際に発生したビット量が近付くようになされる。したがって、理想的にはＧＯＰ全体が符号化されたときには、レジスタ１０７のビット数の残量Ｓ９は０となる。
【００１０】
送信バッファ１０４は、ＧＯＰの中での発生情報量の動的な変化を十分に吸収できる記憶容量を有し、指定されたビットレートで記憶している符号化情報を定常的に読み出し、符号化ビットストリームＳ４として端子１１１から出力する。
したがって、ＧＯＰ単位で発生情報量の制御を行なう場合、上述の図９のように全てのＧＯＰの被符号化画像１０の枚数（以下、被符号化画像レートという。）が一定であるときには、上述した従来の動画像信号符号化装置で動画像信号を符号化することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の図８に示す前処理器１０１において、原入力動画像信号Ｓ１の中から冗長画像を検出して、それを取り除き、符号化器１０２へ入力しないようにする場合を考える。ここで、冗長画像とは、例えば１つ前（過去）の画像が繰り返されたものであるために、符号化する必要がない画像である。
【００１２】
このとき、原入力画像信号Ｓ１の中で冗長画像が現れる周期が一定ならば、全てのＧＯＰにおける被符号化画像レートが一定となるので、上述した従来の動画像信号符号化装置で動画像信号を符号化することができる。例えば、５枚の画像毎に１枚の冗長画像が現れる場合、被符号化画像レートｆ１ は、下記式２により得ることができる。
【００１３】
ｆ１ ＝５／（６×Δｔ）・・・式２
ここで、Δｔは、原入力画像信号Ｓ１の画像周期である。
しかし、例えば図１０に示すように、ある時、冗長画像１１が現れる周期が乱れたとする。原因として、例えばビデオ編集により、冗長画像１１が現れる周期が保証されなくなったことがあげられる。すると、Ｎフレームからなる各ＧＯＰの持続（表示）時間は一定ではなくなり、そのため、被符号化画像レートｆ１ は、一定ではなくなる。具体的には、下記表１に示すように、ＧＯＰ−１、ＧＯＰ−２、ＧＯＰ−３の各持続時間は、それぞれ６×Δｔ、５×Δｔ、７×Δｔとなり、ＧＯＰ−１、ＧＯＰ−２、ＧＯＰ−３の各被符号化画像レートは、それぞれ５／（６×Δｔ）、５／（５×Δｔ）、５／（７×Δｔ）となる。
【００１４】
【表１】
このため、ＧＯＰ単位で発生情報量の制御を行なう従来の動画像信号符号化装置では、問題が生ずる。すなわち、式１におけるｃｏｄｅｄ ＿ｆｒａｍｅ ＿ｒａｔｅが変化するため、発生情報量の制御が破綻する可能性がある。例えば、上述の図１０に示すように、ＧＯＰ−２の被符号化画像レートをｆ２ とすると、このＧＯＰ−２では、下記式３により求められるビット量ΔＧだけデータが多く発生してしまう。
【００１５】
ΔＧ＝（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ×Ｎ）／ｆ１ −（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ×Ｎ）／ｆ２ ・・・式３
その結果、出力ビットレートが目標ビット量Ｇを大きく越えてしまうという問題がある。また、原入力画像信号Ｓ１の中のその他のＧＯＰについても、このようなΔＧが加算されていくと、結果して、符号化ビットストリームＳ４の合計のビット量が予定より大きくなり、光磁気ディスクや磁気テープなどの目的とする記録媒体（記録メディア）にビットストリームを記録できなくなるという問題が生ずる可能性がある。
【００１６】
また、上述の図８に示す送信バッファ１０４がオーバーフローしそうになるなどのバッファ容量の制御が不安定になり、そのため符号化パラメータコントローラ１０３での符号化パラメータの制御が難しくなり、結果して画質が劣化するという問題が生ずる。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、動画像の映像信号（動画像信号）を符号化する際に、入力動画像の中から冗長画像を取り除くなどの前処理のためにグループ毎に被符号化画像レートが変化するときにおいても、発生情報量の制御を正しく行うことができる動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置等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】
上述の課題を解決するために、本発明に係る動画像信号符号化方法は、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成するステップと、グループを形成するのに用いられた原画像数を算出するステップと、算出された原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出するステップと、目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化するステップとを有する。
【００１８】
また、本発明に係る動画像信号符号化装置は、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成するグループ形成手段と、グループ形成手段でグループを形成するのに用いられた原画像数を算出する原画像数算出手段と、原画像数算出手段からの原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出する情報量算出手段と、情報量算出手段からの目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化する符号化手段とを備える。
【００２４】
【作用】
本発明では、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成し、このグループを形成するのに用いられた原画像数を算出し、原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出する。そして、目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化する。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係る動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体の実施例について説明する。この実施例は、例えば所謂テレシネにおける２−３（あるいは３：２）プルダウン方式によりフレームレートを３０Ｈｚとしたフィルムソースの映像（ビデオ）信号を原入力動画像信号とし、この原入力画像信号を符号化する動画像信号符号化装置に本発明を適用したものである。
【００２６】
まず、２−３プルダウンについて簡単に説明する。映画などのフィルムソースをインタレース方式のビデオ信号（以下、インタレースビデオ信号という。）に変換する場合、すなわちテレシネでは２−３プルダウン方式が広く用いられている。具体的には、フィルムは毎秒２４コマ（２４Ｈｚ）であるのに対して、インタレースビデオ信号が３０フレーム／秒（６０フィールド／秒）である場合、２−３プルダウンにより、フィールド数変換を行なう。これにはフィルムの連続した２コマのうち最初のコマをビデオ信号の２フィールドで読みだし、次のコマは３フィールドで読み出すという方法である。
【００２７】
一方、逆２−３プルダウンは、３０フレーム／秒のインタレースビデオ信号から、３フィールドで読み出されたコマを検出し、冗長なフィールド（以下、冗長フィールドという。）を取り除き、理想的には２４フレーム／秒のプログレッシブスキャンフレームを作り出す操作である。図１は、これが理想的に行なわれた具体例を示している。すなわち、冗長フィールド１４は、理想的には５フィールド周期で現れる。
【００２８】
図１で示すように、逆２−３プルダウンが理想的に行なわれた場合は、被符号化フレームのレート（以下、被符号化フレームレートという。）は２４Ｈｚで一定であり、上述したように従来の動画像信号符号化装置により、入力される動画像信号を符号化することができる。しかし、逆２−３プルダウンは、以下に示す理由のために常に正しく行われるとは保証されない。
【００２９】
（１）２−３プルダウン後のビデオ編集などにより、５フィールド周期で冗長フィールドが現れるパターンが保証されなくなる。
（２）２−３プルダウン後に、時間軸方向、すなわちフィールド間、フレーム間で平滑化フィルタが適用されるために、絵柄によっては、冗長フィールド１４が検出されにくくなる（実際には冗長フィールドであっても、後述する図４に示す比較器５０７でフラグＳ６０７が立たないことがある）。
【００３０】
図２は、冗長フィールド１４が検出されず、逆２−３プルダウンが誤って行なわれた具体例を示している。この場合、被符号化フレームレートは３０Ｈｚとなる。このように実際には、逆２−３プルダウンが理想的に行なわれるとは限らないため、被符号化フレームレートは一定とは限らず、２４Ｈｚから３０Ｈｚの間で変動する。そのため、例えば所謂ＭＰＥＧ２において、Ｎ（Ｎ≧１）フレームからなる所謂ＧＯＰの持続（表示）時間も一定ではなくなる。本発明は、このような場合でも、符号化により発生する情報量（以下、発生情報量という。）をＧＯＰ毎に正しく制御することができるようにしたものである。
【００３１】
なお、以下の説明において、Ｎの値は固定でも、可変でもよい。例えば同じシーンが長く続く場合はＮの値を大きくし、逆に短い間隔でシーンがチェンジする場合にはＮの値を小さくするような制御を行ってもよい。
（実施例−１）
本発明を適用した動画像信号符号化装置は、例えば図３に示すように、原入力画像信号Ｓ１０１から冗長フィールドを除去する前処理器３０１と、該前処理器３０１からの被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化する符号化器３０２と、該符号化器３０２の符号化パラメータを制御する符号化パラメータコントローラ３０３と、上記符号化器３０２からの符号化情報Ｓ１０３を一定のビットレートで出力する送信バッファ３０４と備える。
【００３２】
そして、この動画像信号符号化装置は、端子３００を介して原入力画像信号Ｓ１０１として入力される例えばフィルムソースのビデオ信号から、前処理器３０１により冗長フィールドのビデオ信号を除去して被符号化フレーム信号Ｓ１０２を生成した後、この被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化する。そして、得られる符号化情報Ｓ１０３を一旦送信バッファ３０４に記憶した後、所定の伝送ビットレートでビットストリームＳ１０４として、端子３１１を介して例えば伝送路に出力するようになっている。
【００３３】
また、例えば、この動画像信号符号化装置は、変調器３２１によってビットストリームＳ１０４にエラー訂正符号を付加すると共に、記録に適した所定の変調を施した後、この変調されたビットストリームＳ１０４で例えば光ピックアップ３２２を駆動することにより、モータ３２３により回転駆動される光磁気ディスク３２４にフィルムソースのビデオ信号を符号化して記録するようになっている。なお、符号化器３０２乃至送信バッファ３０４は、それぞれ図８に示す従来の動画像信号符号化装置の符号化器１０２乃至送信バッファ１０４と同一機能を有するので、説明は省略する。すなわち、符号化器３０２は、例えばＭＰＥＧ２に準拠したものであり、動き補償予測符号化器、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路、量子化器、可変長符号化器等から構成されている。また、ビットストリームＳ１０４を記録する動画像信号記録媒体として、例えば磁気ディスク、磁気テープ等の記録媒体を用いることができる。
【００３４】
かくして、フィルムソースのビデオ信号が符号化されて伝送され、又は動画像信号記録媒体に記録されるのであるが、この動画像信号符号化装置では、上述したように被符号化フレームレートが２４Ｈｚから３０Ｈｚの間で変動した場合においても、ＧＯＰ毎の符号化による発生情報量の制御を正しく行うことができるようになっている。
【００３５】
具体的には、この動画像信号符号化装置は、上述の図３に示すように、原入力画像信号Ｓ１０１をＮフレーム単位の被符号化画像グループに分け、各被符号化画像グループのフィールド数を算出するフィールド数算出器３１２と、該フィールド数算出器３１２からのフィールド数を記憶するフィールドカウント値メモリ３１６と、該フィールドカウント値メモリ３１６に記憶されているフィールド数に基づいて、被符号化画像グループの例えば持続時間を算出する計算器３１７と、該計算器３１７からの持続時間に基づいて目標ビット量Ｇを算出する計算器３０８と、上記符号化器３０２に入力される被符号化フレーム信号Ｓ１０２のフレーム数を計数（以下、カウントという。）するＮ進フレームカウンタ３５０と、上記符号化器３０２からの符号化情報Ｓ１０３のビット数をカウントするフレームビットカウンタ３０６と、上記計算器３０８からの目標ビット量Ｇを記憶すると共に、この目標ビット量Ｇから上記フレームビットカウンタ３０６からの符号化ビット量Ｓ１０７を減算するレジスタ３０７と、上記前処理器３０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５に基づいて、フレームビットカウンタ３０６からの符号化ビット量Ｓ１０７をレジスタ３０７に供給するスイッチ３０９と、上記Ｎ進フレームカウンタ３５０からのフラグＳ１５０に基づいて、上記計算器３０８からの目標ビット量Ｇをレジスタ３０７に供給するスイッチ３１０とを備える。
【００３６】
また、逆２−３プルダウンにより、冗長フィールドを検出して除去する前処理器３０１は、例えば図４に示すように、フィールド画像信号Ｓ６０１を順次遅延する遅延器５０２、５０３と、該遅延器５０３からの遅延されたフィールド画像信号Ｓ６０２とフィールド画像信号Ｓ６０１の差分値を算出する加算器５０４と、該加算器５０４からの差分値の絶対値を算出する絶対値計算器５０５と、該絶対値計算器５０５からの絶対値の１フィールド分の総和を算出する累積器５０６と、所定の閾値を予め記憶しているメモリ５０８上記累積器５０６からの累積値をメモリ５０８からの閾値と比較する比較器５０７と、上記前処理器３０１へ入力されるフィールド数をカウントするフィールドカウンタ５１０と、該フィールドカウンタ５１０からのフィールド数を所定の値と比較する比較器５１１と、上記比較器５０７、５１１からのフラグＳ６０７、Ｓ６１０の論理積を求めるＡＮＤ演算器５１２とを備える。
【００３７】
そして、遅延器５０２には、図３に示す端子３００を介してこの前処理器３０１に入力された原入力画像信号Ｓ１０１が、端子５０１を介してフィールド画像信号Ｓ６０１として供給されており、遅延器５０２、５０３は、この端子５０１を介して供給される例えば６０Ｈｚ のフィールド画像信号Ｓ６０１を順次１フィールド遅延して、加算器５０４に供給する。加算器５０４は、端子５０１を介して入力されるフィールド画像信号Ｓ６０１と、フィールド遅延器５０２、５０３により２フィールド遅延されたフィールド画像信号Ｓ６０２との１画素毎の差分値、すなわち例えばフィールド画像信号Ｓ６０２からフィールド画像信号Ｓ６０１を画素毎に減算し、得られる差分値Ｓ６０３を絶対値計算器５０５に供給する。
【００３８】
絶対値計算器５０５は、１画素毎の差分値Ｓ６０３の絶対値を求めて、絶対値Ｓ６０４として累積器５０６に供給する。累積器５０６は、絶対値Ｓ６０４の１フィールド当たりの和を求め、累積値Ｓ６０５として比較器５０７に供給する。比較器５０７には、メモリ５０８に予め記憶されている所定の値が閾値Ｓ６０６として供給されており、この比較器５０７は、累積器５０６から供給される累積値Ｓ６０５をこの閾値Ｓ６０６と比較して、累積値Ｓ６０５が閾値Ｓ６０６よりも小さいとき、フラグＳ６０７を１として（立てて）、ＡＮＤ演算器５１２に供給する。
【００３９】
一方、フィールドカウンタ５１０には、図３に示す端子３１３を介してこの前処理器３０１に入力されたフィールド同期信号Ｓ１２０が、端子５０９を介してフィールド画像信号Ｓ６０８として供給されており、このフィールドカウンタ５１０は、前処理器３０１へ入力されるフィールド数をカウントする。そして、フィールドカウンタ５１０は、カウント値ｊを信号Ｓ６０９として比較器５１１に供給する。比較器５１１は、信号Ｓ６０９に基づいて、カウント値ｊが５以上の奇数であるとき、フラグＳ６１０を１としてＡＮＤ演算器５１２に供給する。
【００４０】
ＡＮＤ演算器５１２は、比較器５０７からのフラグＳ６０７と比較器５１１からのフラグＳ６１０の倫理積を求め、フラグＳ６０７とフラグＳ６１０が共に１のとき、冗長フィールド検出フラグＳ６１１を１とし、この冗長フィールド検出フラグＳ６１１を端子５１３を介して出力する。すなわち、現在入力されたフィールド画像信号Ｓ６０１は２−３プルダウンによって重複している冗長フィールドであると判断される。そして、冗長フィールド検出フラグＳ６１１が１になると、フィールドカウンタ５１０は０にクリアされる。
【００４１】
前処理器３０１は、このようにして検出した冗長フィールド検出フラグＳ６１１に基づいて、冗長フィールドと判定したフィールドを、例えば上述した図１に示すように、取り除いて、残りのフィールドのビデオ信号を被符号化フレーム信号Ｓ１０２として符号化器３０２に供給する。そして、符号化器３０２は、上述したように被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化する。したがって、取り除かれたフィールドの動画像信号は符号化されない。
【００４２】
以上のようにして、冗長フィールドが取り除かれた被符号化フレーム信号Ｓ１０２が符号化されるのであるが、この動画像信号符号化装置は、被符号化画像グループ、例えばＧＯＰに割り当てる目標ビット量Ｇを、フィールドカウント値メモリ３１６からのフィールドカウント値ｊにより制御している点で、図８に示す従来の動画像信号符号化装置と大きく異なっている。
【００４３】
すなわち、この動画像信号符号化装置は、２パスの符号化方法を用いている。先ず１パス目で、原入力画像信号を、Ｎ（Ｎ≧１）フレーム単位の被符号化画像グループに分け、それぞれの被符号化画像グループを作るときに入力された原入力画像信号のフィールド数を計算し、その値をメモリに記憶しておく。そして、２パス目で、被符号化画像グループの原入力画像信号を符号化するときに、その被符号化画像グループに対応するフィールド数をメモリから読みだし、この値に基づいて、被符号化画像グループの目標ビット量Ｇ、すなわち符号化によって発生する情報のビット量の目標値を計算することにより、目標ビット量Ｇの制御を行うようになっている。
【００４４】
具体的には、フィールド数算出器３１２が、上述の１パス目の手順を実現するための回路であり、このフィールド数算出器３１２は、例えば図５に示すように、上記前処理器３０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をカウントするＮ進フレームカウンタ３０５と、上記フィールド同期信号Ｓ１２０をカウントするフィールドカウンタ３１４と、該フィールドカウンタ３１４からのフィールドカウント値ｊをフィールドカウント値メモリ３１６に供給するためのスイッチ３１５とを備える。
【００４５】
そして、前処理器３０１は、逆２−３プルダウンからなり、上述したように端子３００を介してフレームレートが３０Ｈｚで入力されるフィルムソースの原入力画像信号Ｓ１０１から冗長フィールドを除去して、被符号化フレーム信号Ｓ１０２を生成し、この被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化器３０２に供給する際に、被符号化フレーム信号Ｓ１０２の出力に同期した被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をＮ進フレームカウンタ３０５に供給する。
【００４６】
Ｎ進フレームカウンタ３０５は、この被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５を１からＮまでカウントし、カウント値がＮとなったときに、フラグＳ１０６を１として出力し、このフラグＳ１０６によりフィールドカウンタ３１４、スイッチ３１５を制御する。
一方、フィールドカウンタ３１４には、原入力画像信号Ｓ１０１のフィールドに同期したフィールド同期信号Ｓ１２０が端子３１３を介して供給されており、このフィールドカウント３１４は、Ｎ進フレームカウンタ３０５からのフラグＳ１０６が１のときに０にクリアされると共に、フィールド同期信号Ｓ１２０をカウンタする。そして、フィールドカウンタ３１４は、カウント値を信号Ｓ１２１とし、スイッチ３１５及び端子３３１を介してフィールドカウント値メモリ３１６に供給する。スイッチ３１５は、Ｎ進フレームカウンタ３０５からのフラグＳ１０６により制御され、フラグＳ１０６が１のときにオンとされる。すなわち、フィールドカウント値メモリ３１６には、現在の被符号化画像グループを作るときに前処理器３０１へ入力されたフィールド数を示すフィールドカウント値ｊが供給される。この結果、各被符号化画像グループに対するフィールドカウント値ｊがフィールドカウント値メモリ３１６に順次記憶される。以上の動作が１パス目の手順である。
【００４７】
つぎに、２パス目の手順について図３を用いて説明する。ところで、図３に示すフレームビットカウンタ３０６、レジスタ３０７及びスイッチ３０９、３１０は、それぞれ図８に示す従来の動画像信号符号化装置のフレームビットカウンタ１０６、レジスタ１０７及びスイッチ１０９、１１０と同一機能を有するものであり、説明は省略する。
【００４８】
前処理器３０１は、上述したように、端子３００を介して入力される原入力画像信号Ｓ１０１から冗長フィールドを除去して被符号化フレーム信号Ｓ１０２を生成し、この被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化器３０２に供給する。このとき、前処理器３０１は、被符号化フレーム信号Ｓ１０２の出力に同期して被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をＮ進フレームカウンタ３５０へ供給し、また、この被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５によりスイッチ３０９を制御する。また、このとき、前処理器３０１は、冗長フィールドを除去したかどうか、そして除去したフィールドの位置情報を、例えば被符号化フレーム信号Ｓ１０２のヘッダ情報に付加する。
【００４９】
Ｎ進フレームカウンタ３５０は、前処理器３０１から供給される被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をカウントして、符号化器１０２へ入力されるフレーム数を１からＮまでカウントする。そして、このＮ進フレームカウンタ３５０は、カウンタ数が１となるときに、すなわち現在の被符号化画像グループの中で最初に符号化される被符号化フレーム信号Ｓ１０２が符号化器３０２へ入力する時刻に、フラグＳ１５０を１にする。そして、Ｎ進フレームカウンタ３５０は、このフラグＳ１５０により、フィールドカウント値メモリ３１６、スイッチ３１０を制御する。
【００５０】
フィールドカウント値メモリ３１６には、上述したように１パス目で得られた全ての被符号化画像グループに対するフィールドカウント値ｊが記憶されており、このフィールドカウント値メモリ３１６は、フラグＳ１５０が１になる毎に、記憶している各フィールドカウント値ｊを順次読み出し、読み出したフィールドカウント値ｊを信号Ｓ１１１として計算器３１７に供給する。
【００５１】
計算器３１７は、信号Ｓ１１１として供給されるフィールドカウント値ｊを別の単位の値、例えば式４により求められる被符号化画像グループの持続（表示）時間ΔＴに変換する。
ΔＴ＝ｊ×（フィールド周期）・・・式４
そして、この計算器３１７は、算出した持続時間ΔＴを信号Ｓ１１２として、目標ビット量Ｇを算出する計算器３０８に供給する。
【００５２】
計算器３０８は、現在の被符号化画像グループの持続時間ΔＴに基づいて、その被符号化画像グループに割り当てられる目標ビット量Ｇを、下記式５により算出し、算出した目標ビット量Ｇを信号Ｓ１０８とし、スイッチ３１０を介してレジスタ３０７に供給する。
Ｇ＝ ｂｉｔ＿ｒａｔｅ×ΔＴ・・・式５
ここで、ｂｉｔ ＿ｒａｔｅは、送信バッファ３０４から出力されるビットストリームＳ１０４のビットレートである。
【００５３】
また、例えば、計算器３１７は、被符号化画像グループの被符号化フレームレートＲを下記６式により求め、計算器３０８は、この被符号化フレームレートＲを用いて、下記式７により目標ビット量Ｇを求めるようにしてもよい。
Ｒ＝Ｎ／（ｊ×（フィールド周期））・・・式６
Ｇ＝ ｂｉｔ＿ｒａｔｅ×Ｎ／Ｒ・・・式７
そして、このようにして求められた目標ビット量Ｇは、Ｎ進フレームカウンタ３５０からのフラグＳ１５０により制御されるスイッチ３１０を介して、被符号化画像グループの最初の被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化するときにレジスタ３０７に供給される。
【００５４】
レジスタ３０７には、前処理器３０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５により制御されるスイッチ３０９を介して、フレームビットカウンタ３０６からの符号化ビット量Ｓ１０７が供給されており、このレジスタ３０７は、１フレームの被符号化フレーム信号Ｓ１０２が符号化される毎に、目標ビット量Ｇから符号化ビット量Ｓ１０７を減算して、目標ビット量Ｇの残量Ｓ１０９を符号化パラメータコントローラ３０３に供給する。
【００５５】
符号化パラメータコントローラ３０３は、目標ビット量Ｇの残量Ｓ１０９に基づいた符号化パラメータ制御信号Ｓ１１６により、符号化器３０２の符号化パラメータを制御する。この符号化パラメータコントローラ３０３での制御は、被符号化画像グループに割り当てられた目標ビット量Ｇと実際に発生したビット量が近付くようになされる。例えば符号化器３０２がＭＰＥＧ２に準拠している場合、符号化パラメータコントローラ３０３は、符号化における量子化の量子化ステップサイズを制御する。
【００５６】
かくして、この本発明を適用した動画像信号符号化装置は、動画像信号を符号化する際に、入力動画像の中から冗長画像を取り除くなどの前処理のために被符号化画像グループ毎に被符号化フレームレートが変化するときにおいても、発生情報量を正しく制御することができる。そして、この動画像信号符号化装置は、画像グループ毎に被符号化フレームレートが変化する場合、上述したようにその変化に対して適応的に目標ビット量Ｇを変更することにより、出力ビットレートが目標値を大きく越えてしまうという従来の動画像信号符号化装置の問題を解決することができる。
【００５７】
また、この動画像信号符号化装置では、ビットストリームの合計のビット量が目標より大きくなり、目的とする動画像信号記録媒体にビットストリームを記録できないという問題を解決することができる。
また、送信バッファの容量の制御を安定化することができ、そのため符号化パラメータを安定に制御することでき、安定してきれいな画質が得られる。
【００５８】
また、光磁気ディスク等の動画像信号記録媒体には、上述のような符号化により得られるビットストリームが記録される。
（実施例−２）
つぎに、本発明を適用した動画像信号符号化装置の第２の実施例について説明する。
【００５９】
この第２の実施例の動画像信号符号化装置は、例えば図６に示すように、原入力画像信号Ｓ２０１から冗長フィールドを除去する前処理器４０１と、該前処理器４０１からの被符号化フレーム信号Ｓ２０２を遅延する遅延器４１２と、該遅延器４１２で遅延された被符号化フレーム信号Ｓ２１１を符号化する符号化器４０２と、該符号化器４０２の符号化パラメータを制御する符号化パラメータコントローラ４０３と、上記符号化器４０２からの符号化情報Ｓ２０３を一定のビットレートで出力する送信バッファ４０４と、原入力画像信号Ｓ２０１をＮフレーム単位の被符号化画像グループに分け、各被符号化画像グループのフィールド数を算出するフィールドカウンタ４１４と、該フィールドカウンタ４１４からのフィールド数に基づいて被符号化画像グループの例えば持続時間を算出する計算器４１７と、該計算器４１７からの持続時間に基づいて目標ビット量Ｇを算出する計算器４０８と、上記遅延器４１２に入力される被符号化フレーム信号Ｓ２０２のフレーム数をカウントするＮ進フレームカウンタ４０５と、上記符号化器４０２からの符号化情報Ｓ２０３のビット数をカウントするフレームビットカウンタ４０６と、上記計算器４０８からの目標ビット量Ｇを記憶すると共に、この目標ビット量Ｇから上記フレームビットカウンタ４０６からの符号化ビット量Ｓ２０７を減算するレジスタ４０７と、上記前処理器４０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ２０５に基づいて、フレームビットカウンタ４０６からの符号化ビット量Ｓ２０７をレジスタ４０７に供給するスイッチ４０９と、上記Ｎ進フレームカウンタ４５０からのフラグＳ２１５に基づいて、上記計算器４０８からの目標ビット量Ｇをレジスタ４０７に供給するスイッチ４１０とを備える。
【００６０】
すなわち、この動画像信号符号化装置は、前処理器４０１と符号化器４０２の間に遅延器４１２を設けると共に、上述した第１の実施例の動画像信号符号化装置を構成するフィールド数算出器３１２とフィールドカウント値メモリ３１６の代わりに、フィールドカウンタ４１４とスイッチ４１６を設けた構成を有する。換言すると、この動画像信号符号化装置は、Ｎ（Ｎ≧１）フレーム単位の被符号化画像グループ、例えばＧＯＰに割り当てる目標ビット量Ｇを、フィールドカウンタ４１４からのフィールドカウント値ｊにより制御している点で、図８に示す従来の動画像信号符号化装置と大きく異なっている。なお、この動画像信号符号化装置を構成する符号化パラメータコントローラ４０３、送信バッファ４０４、フレームビットカウンタ４０６、レジスタ４０７、スイッチ４０９、４１０は、それぞれ図８に示す従来の動画像信号符号化装置の符号化パラメータコントローラ１０３、送信バッファ１０４、フレームビットカウンタ１０６、レジスタ１０７、スイッチ１０９、１１０と同一機能を有するので、説明は省略する。
【００６１】
前処理器４０１は、逆２−３プルダウン回路からなり、端子４００を介してフレームレートが３０Ｈｚで入力される例えばフィルムソースのビデオ信号である原入力画像信号Ｓ２０１から、冗長なフィールドを除去して、被符号化フレーム信号Ｓ２０２を生成し、この被符号化フレーム信号Ｓ２０２を遅延器４１２に供給する。また、前処理器４０１は、被符号化フレーム信号Ｓ２０２の出力に同期した被符号化フレーム同期信号ＳＳ２０５をＮ進フレームカウンタ４０５に供給すると共に、この被符号化フレーム同期信号Ｓ２０５によりスイッチ４０９を制御する。
【００６２】
遅延器４１２は、例えばフレームメモリからなり、被符号化フレーム信号Ｓ２０２をＮフレーム分遅延し、遅延された被符号化フレーム信号Ｓ２１１を符号化器４０２に供給する。そして、被符号化フレーム信号Ｓ２１１は、従来の動画像信号符号化装置と同様に、符号化器４０２において符号化される。Ｎ進フレームカウンタ４０５は、前処理器４０１から供給される被符号化フレーム同期信号Ｓ２０５を１からＮまでカウントし、カウンタ値がＮとなるときにフラグＳ２０６を１にし、またその後、カウント値が１となったときにフラグＳ２１５を１にする。
【００６３】
一方、フィールドカウンタ４１４には、原入力画像信号Ｓ２０１のフィールドに同期したフィールド同期信号Ｓ２１２が端子４１３を介して入力されており、このフィールドカウンタ４１４は、フラグＳ２０６が１のときに０にクリアされると共に、フィールド同期信号Ｓ２１２をカウントし、カウント値を信号Ｓ２１３として、スイッチ４１５を介して計算器４１７に供給する。
【００６４】
スイッチ４１５は、フラグＳ２０６が１のときにオンとなり、カウント値を計算器４１７に供給する。すなわち、計算器４１７には、現在の被符号化画像グループを作るときに、前処理器４０１へ入力されたフィールド数を示すフィールドカウント値ｊが供給される。
計算器４１６は、例えば第１の実施例と同様に、式４により持続時間ΔＴを算出し、この持続時間ΔＴを信号Ｓ２１４として計算器４０８に供給する。
【００６５】
計算器４０８は、例えば第１の実施例と同様に、式５により、被符号化画像グループに割り当てられる目標ビット量Ｇを算出し、この目標ビット量Ｇを信号Ｓ２０８とし、スイッチ４１０を介してレジスタ４０７に供給する。
そして、この動画像信号符号化装置では、第１の実施例の動画像信号符号化装置と同様に、この目標ビット量Ｇに基づいて、発生情報量の制御が行われる。なお、式６及び式７により、目標ビット量Ｇを求めてもよい。
【００６６】
かくして、この第２の実施例の動画像信号符号化装置も、第１の実施例の動画像信号符号化装置と同様な効果を得ることができる。
（実施例−３）
ここで、本発明を適用した動画像信号符号化装置の第３の実施例について説明する。この実施例の動画像信号符号化装置は、可変レート符号化方法を採用した、すなわち被符号化画像グループに割り当てる目標ビット量Ｇが一定でなく、例えば本願出願人の先の出願（平成５年特許願第１０５９４３号）にて提案した符号化難易度（Ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ）に基づいて目標ビット量Ｇを求め、この目標ビット量Ｇにより発生情報量の制御を行うようにしたものである。
【００６７】
すなわち、この動画像信号符号化装置は、例えば図７に示すように、原入力画像信号Ｓ７０１から冗長フィールドを除去する前処理器６０１と、該前処理器６０１からの各被符号化画像グループのフィールド数を記憶すると共に、記憶したフィールド数に基づいて持続時間を算出するメモリ＆計算器６０２と、原入力画像信号Ｓ７０１に基づいて各被符号化画像グループの符号化難易度を算出する計算器６０３と、該計算器６０３からの符号化難易度を記憶するメモリ６０４と、上記メモリ＆計算器６０２からの持続時間とメモリ６０４からの符号化難易度に基づいて目標ビット量Ｇを算出すると共に、目標ビット量Ｇを最大ビットレート以下とする比較器６０５と、該比較器６０５からの目標ビット量Ｇに基づいて、上記前処理器６０１からの被符号化フレーム信号Ｓ７０２を符号化する符号化器６０６とを備える。
【００６８】
そして、前処理器６０１は、端子６００を介して入力される原入力画像信号Ｓ７０１から冗長フィールドを除去すると共に、原入力画像信号Ｓ７０１をＮ（Ｎ≧１）フレーム単位の被符号化画像グループに分け、各被符号化画像グループのフィールド数を示すフィールドカウント値ｊを信号Ｓ７０３としてを順次メモリ＆計算器６０２に供給する。
【００６９】
メモリ＆計算器６０２は、前処理器６０１から供給されるフィールドカウント値ｊを記憶すると共に、これらのフィールドカウント値ｊを用いて、例えば式４により持続時間ΔＴを算出して記憶する。そして、メモリ＆計算器６０２は記憶した持続時間ΔＴを信号Ｓ７０５として比較器６０５に供給する。
一方、計算器６０３は、端子６００を介して入力される原入力画像信号Ｓ７０１に基づいて、各被符号化画像グループの符号化難易度Ｓ７０４を算出し、これらの符号化難易度Ｓ７０４をメモリ６０４に供給する。そして、メモリ６０４は、各被符号化画像グループの符号化難易度Ｓ７０４を一旦記憶すると共に、記憶した各被符号化画像グループの符号化難易度Ｓ７０４を信号Ｓ７０６として比較器６０５に供給する。ところで、計算器６０３で求められる符号化難易度は、例えばＭＰＥＧ２における符号化の際に、量子化ステップサイズを１としたときの被符号化画像グループ毎の発生情報量である。
【００７０】
比較器６０５は、メモリ＆計算器６０２から供給される持続時間ΔＴと、メモリ６０４から供給される符号化難易度とに基づいて、各被符号化画像グループに割り当てる目標ビット量Ｇを算出する。例えば符号化難易度に比例させて、目標ビット量Ｇを求める。ところで、一般に可変レート符号化方法では、伝送系の能力、すなわち例えば伝送ビットレートにより、目標ビット量Ｇの最大値が制限される。そこで、例えばＮフレーム毎での平均ビットレートが、所定の最大値を越えないようにする。すなわち、比較器６０５は、下記式８により、Ｎフレーム毎での平均ビットレート ｂｉｔ＿ｒａｔｅを求め、この平均ビットレート ｂｉｔ＿ｒａｔｅを最大値 ｍａｘｉｍｕｍ＿ｂｉｔ ＿ｒａｔｅにクリッピングする。また、比較器６０５は、平均ビットレート ｂｉｔ＿ｒａｔｅをクリッピングしたときは、そのために使用できなかったビット量ΔＧを、式９により計算し、ビット量ΔＧをその他の被符号化画像グループの符号化のために補充する。例えば、比較器６０５は、その次以降の被符号化画像グループの目標ビット量Ｇにビット量ΔＧを加算したりする。
【００７１】
ｂｉｔ＿ｒａｔｅ＝Ｇ／ΔＴ・・・式８
ここで、Ｇは、被符号化画像グループの符号化難易度に基づいて求めた目標ビット量であり、ΔＴは、被符号化画像グループの持続時間である。
ΔＧ＝（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ− ｍａｘｉｍｕｍ＿ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ）×ΔＴ・・・式９
そして、比較器６０５は、上述のようにして求めた目標ビット量Ｇを信号Ｓ７０７として符号化器６０６に供給する。
【００７２】
符号化器６０６には、前処理器６０１から現在の被符号化画像グループの被符号化フレーム信号Ｓ７０２が供給されており、この符号化器６０６は、比較器６０５から供給される目標ビット量Ｇに基づいて、被符号化フレーム信号Ｓ７０２を符号化する。そして、符号化器６０６は符号化により得られる符号化情報を端子６０７からビットストリームとして出力する。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明では、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成し、このグループを形成するのに用いられた原画像数を算出し、原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出する。そして、目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化することにより、画像グループ毎に被符号化画像レートが変化する場合であっても、その変化に対して目標ビット量を適応的に制御することができ、従来の装置のように出力ビットレートが目標値を大きく越えてしまうという問題を解決することができる。また、ビットストリームの合計のビット量が目標より大きくなり、目的とする動画像信号記録媒体にビットストリームを記録できないという問題を解決することができる。さらに、送信バッファの容量の制御を安定化することができ、そのため符号化パラメータを安定に制御することができ、安定してきれいな画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】逆２−３プルダウンが理想的に行なわれた場合の具体例を示す図でる。
【図２】逆２−３プルダウンが誤って行なわれた場合の具体例を示す図である。
【図３】本願発明を適用した動画像信号符号化装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図４】上記動画像信号符号化装置を構成する前処理器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】上記動画像信号符号化装置を構成するフィールド数算出器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図６】本願発明を適用した動画像信号符号化装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】本願発明を適用した動画像信号符号化装置の第３の実施例の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の動画像信号符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図９】５枚の被符号化画像をＧＯＰとしたときの符号化の原理を説明するたの図である。
【図１０】冗長画像が不規則な周期で除去されるときの符号化の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
３０１ 前処理器
３０２ 符号化器
３０３ 符号化パラメータコントローラ
３０４ 送信バッファ
３０６ フィールドカウンタ
３０７ レジスタ
３０８ 計算器
３１２ フィールド数算出器
３１６ フィールドカウント値メモリ
３１７ 計算器
３２４ 光磁気ディスク
３５０ Ｎ進フレームカウンタ
【産業上の利用分野】
本発明は、動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体に関し、特に、動画像の映像信号（以下、動画像信号という。）を、例えば光磁気ディスクや磁気テープなどの記録媒体（以下、動画像信号記録媒体という。）に記録し、また、動画像信号記録媒体から動画像信号を再生してディスプレイなどに表示したり、例えばテレビ会議システム、テレビ電話システム、放送用機器などのように動画像信号を伝送路を介して送信側から受信側に伝送する場合などにおいて用いられる動画像信号符号化方法、画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動画像信号をそのままディジタル化するとデータ量が膨大となり、動画像信号のデータを限られた伝送容量の伝送路で伝送するためには、データの符号化（情報圧縮）が必要となる。
一般に、動画像は定常的でなく、画面の絵柄や動きは時間的に変化する。また、画像内でも画面の中央部と周辺部では絵柄や動きが大きく異る場合がある。そのため、動画像信号を符号化する符号化器で発生する情報量（以下、発生情報量という。）は、こうした変化に依存しており、大幅に変化する。このような画像毎に発生情報量が変化する符号化器の出力（以下、符号化出力という。）を一定の伝送ビットレートで送るためには、符号化器の最終段に送信バッファを設ける。すなわち、発生情報量が変化する符号化出力を一時的に送信バッファに蓄え、それを一定の伝送ビットレートで読み出して伝送路へ送り出し、符号化器から出力される符号化出力のデータ量を一定に保っている。
【０００３】
発生情報量の制御単位としては、連続する何枚かの画像をまとめたグループ単位で行なう方法が広く用いられている。すなわち、そのグループの中では画像毎に発生情報量は変化するが、グループの合計の発生情報量を目標量に押えるという制御方法が用いられている。このグループを作る画像数は、一般には固定である。例えば、広く知られているものとしては所謂ＭＰＥＧ２（ＩＳＯ／ＩＥＣ １３８１８）における所謂ＧＯＰ（Ｇｒｏｕｐ Ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ）と呼ばれるものがある。
【０００４】
図８は、ＧＯＰ単位で発生情報量の制御を行なう動画像信号符号化装置の具体的な回路構成を示すブロック図である。端子１００を介して入力される原入力画像信号Ｓ１は、前処理器１０１において、被符号化フレーム信号Ｓ２に変換される。ただし、ここでは前処理器１０１は、何も処理を行なわないとする。
被符号化フレーム信号Ｓ２は、符号化器１０２へ入力され、ここで符号化され、この符号化器１０２からは符号化情報Ｓ３が出力される。ところで、符号化器１０２では、例えばＭＰＥＧ２などで広く知られている動き補償予測符号化と離散コサイン変換（以下、ＤＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ という。） を組み合わせたハイブリッド符号化方法が用いられる。そして、符号化情報Ｓ３は、送信バッファ１０４に一時的に蓄えられると共に、フレームビットカウンタ１０６へ入力される。フレームビットカウンタ１０６は、符号化情報Ｓ３のビット数を計数（カウント）し、そのカウント値を符号化ビット量Ｓ７として出力する。
【０００５】
この従来の動画像信号符号化装置では、例えば図９に示すように、Ｎ（Ｎ≧１）枚の被符号化画像１０（被符号化フレーム信号Ｓ２）をＧＯＰとし、このＧＯＰ（単位）で発生情報量の制御を行なうようになっている。すなわち、計算器１０８は、下記式１により、１ＧＯＰに割り当てられる目標ビット量Ｇを算出する。
【０００６】
Ｇ＝（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ×Ｎ）／ｃｏｄｅｄ ＿ｆｒａｍｅ ＿ｒａｔｅ・・・式１
ここで、ｃｏｄｅｄ ＿ｆｒａｍｅ ＿ｒａｔｅは、被符号化フレーム信号Ｓ２のフレームレートであり、ｂｉｔ ＿ｒａｔｅは、送信バッファ１０４から出力されるビットストリームＳ４のビットレートである。そして、計算器１０８は、この目標ビット量Ｇを信号Ｓ８とし、スイッチ１１０を介してレジスタ１０７に供給する。
【０００７】
一方、Ｎ進フレームカウンタ１０５は、被符号化フレーム信号Ｓ２が符号化器１０２へ入力される時刻に同期して前処理器１０１から供給される被符号化フレーム同期信号Ｓ５をカウントすることにより、符号化器１０２へ入力されるフレーム数を１からＮまでカウントする。そして、このＮ進フレームカウンタ１０５は、カウンタ値が１となるときにフラグＳ６を１にする（立てる）ことにより、スイッチ１１０をオンに制御する。この結果、計算器１０８からスイッチ１１０を介して目標ビット量Ｇがレジスタ１０７に供給される。レジスタ１０７は、この目標ビット量Ｇを記憶する。
【０００８】
また、一方、前処理器１０１から被符号化フレーム同期信号Ｓ５が出力されると、スイッチ１０９がオンになり、このスイッチ１０９を介してフレームビットカウンタ１０６から、１フレーム前に入力された被符号化フレーム信号Ｓ２の符号化ビット量Ｓ７がレジスタ１０７に入力され、レジスタ１０７は、目標ビット量Ｇから符号化ビット量Ｓ７を減算する。その直後、フレームビットカウンタ１０６は、０にクリアされる。
【０００９】
かくして、ＧＯＰの中で最初に符号化される被符号化フレーム信号Ｓ２が符号化器１０２へ入力する時刻に、そのＧＯＰの目標ビット量Ｇがレジスタ１０７に記憶され、そして、被符号化フレーム信号Ｓ２が符号化される毎に、符号化ビット量Ｓ７がレジスタ１０７の値から減算されることになる。
レジスタ１０７の値、すなわちＧＯＰに割り当てられたビット数の残量Ｓ９は、符号化パラメータコントローラ１０３に供給され、符号化パラメータコントローラ１０３は、ビット数の残量Ｓ９に基づいた符号化パラメータ制御信号Ｓ１６により、符号化器１０２の符号化パラメータを制御する。この符号化パラメータコントローラ１０３での制御は、ＧＯＰに割り当てられた目標ビット量Ｇと実際に発生したビット量が近付くようになされる。したがって、理想的にはＧＯＰ全体が符号化されたときには、レジスタ１０７のビット数の残量Ｓ９は０となる。
【００１０】
送信バッファ１０４は、ＧＯＰの中での発生情報量の動的な変化を十分に吸収できる記憶容量を有し、指定されたビットレートで記憶している符号化情報を定常的に読み出し、符号化ビットストリームＳ４として端子１１１から出力する。
したがって、ＧＯＰ単位で発生情報量の制御を行なう場合、上述の図９のように全てのＧＯＰの被符号化画像１０の枚数（以下、被符号化画像レートという。）が一定であるときには、上述した従来の動画像信号符号化装置で動画像信号を符号化することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述の図８に示す前処理器１０１において、原入力動画像信号Ｓ１の中から冗長画像を検出して、それを取り除き、符号化器１０２へ入力しないようにする場合を考える。ここで、冗長画像とは、例えば１つ前（過去）の画像が繰り返されたものであるために、符号化する必要がない画像である。
【００１２】
このとき、原入力画像信号Ｓ１の中で冗長画像が現れる周期が一定ならば、全てのＧＯＰにおける被符号化画像レートが一定となるので、上述した従来の動画像信号符号化装置で動画像信号を符号化することができる。例えば、５枚の画像毎に１枚の冗長画像が現れる場合、被符号化画像レートｆ１ は、下記式２により得ることができる。
【００１３】
ｆ１ ＝５／（６×Δｔ）・・・式２
ここで、Δｔは、原入力画像信号Ｓ１の画像周期である。
しかし、例えば図１０に示すように、ある時、冗長画像１１が現れる周期が乱れたとする。原因として、例えばビデオ編集により、冗長画像１１が現れる周期が保証されなくなったことがあげられる。すると、Ｎフレームからなる各ＧＯＰの持続（表示）時間は一定ではなくなり、そのため、被符号化画像レートｆ１ は、一定ではなくなる。具体的には、下記表１に示すように、ＧＯＰ−１、ＧＯＰ−２、ＧＯＰ−３の各持続時間は、それぞれ６×Δｔ、５×Δｔ、７×Δｔとなり、ＧＯＰ−１、ＧＯＰ−２、ＧＯＰ−３の各被符号化画像レートは、それぞれ５／（６×Δｔ）、５／（５×Δｔ）、５／（７×Δｔ）となる。
【００１４】
【表１】
【００１５】
ΔＧ＝（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ×Ｎ）／ｆ１ −（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ×Ｎ）／ｆ２ ・・・式３
その結果、出力ビットレートが目標ビット量Ｇを大きく越えてしまうという問題がある。また、原入力画像信号Ｓ１の中のその他のＧＯＰについても、このようなΔＧが加算されていくと、結果して、符号化ビットストリームＳ４の合計のビット量が予定より大きくなり、光磁気ディスクや磁気テープなどの目的とする記録媒体（記録メディア）にビットストリームを記録できなくなるという問題が生ずる可能性がある。
【００１６】
また、上述の図８に示す送信バッファ１０４がオーバーフローしそうになるなどのバッファ容量の制御が不安定になり、そのため符号化パラメータコントローラ１０３での符号化パラメータの制御が難しくなり、結果して画質が劣化するという問題が生ずる。
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、動画像の映像信号（動画像信号）を符号化する際に、入力動画像の中から冗長画像を取り除くなどの前処理のためにグループ毎に被符号化画像レートが変化するときにおいても、発生情報量の制御を正しく行うことができる動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置等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】
上述の課題を解決するために、本発明に係る動画像信号符号化方法は、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成するステップと、グループを形成するのに用いられた原画像数を算出するステップと、算出された原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出するステップと、目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化するステップとを有する。
【００１８】
また、本発明に係る動画像信号符号化装置は、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成するグループ形成手段と、グループ形成手段でグループを形成するのに用いられた原画像数を算出する原画像数算出手段と、原画像数算出手段からの原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出する情報量算出手段と、情報量算出手段からの目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化する符号化手段とを備える。
【００２４】
【作用】
本発明では、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成し、このグループを形成するのに用いられた原画像数を算出し、原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出する。そして、目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化する。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明に係る動画像信号符号化方法、動画像信号符号化装置及び動画像信号記録媒体の実施例について説明する。この実施例は、例えば所謂テレシネにおける２−３（あるいは３：２）プルダウン方式によりフレームレートを３０Ｈｚとしたフィルムソースの映像（ビデオ）信号を原入力動画像信号とし、この原入力画像信号を符号化する動画像信号符号化装置に本発明を適用したものである。
【００２６】
まず、２−３プルダウンについて簡単に説明する。映画などのフィルムソースをインタレース方式のビデオ信号（以下、インタレースビデオ信号という。）に変換する場合、すなわちテレシネでは２−３プルダウン方式が広く用いられている。具体的には、フィルムは毎秒２４コマ（２４Ｈｚ）であるのに対して、インタレースビデオ信号が３０フレーム／秒（６０フィールド／秒）である場合、２−３プルダウンにより、フィールド数変換を行なう。これにはフィルムの連続した２コマのうち最初のコマをビデオ信号の２フィールドで読みだし、次のコマは３フィールドで読み出すという方法である。
【００２７】
一方、逆２−３プルダウンは、３０フレーム／秒のインタレースビデオ信号から、３フィールドで読み出されたコマを検出し、冗長なフィールド（以下、冗長フィールドという。）を取り除き、理想的には２４フレーム／秒のプログレッシブスキャンフレームを作り出す操作である。図１は、これが理想的に行なわれた具体例を示している。すなわち、冗長フィールド１４は、理想的には５フィールド周期で現れる。
【００２８】
図１で示すように、逆２−３プルダウンが理想的に行なわれた場合は、被符号化フレームのレート（以下、被符号化フレームレートという。）は２４Ｈｚで一定であり、上述したように従来の動画像信号符号化装置により、入力される動画像信号を符号化することができる。しかし、逆２−３プルダウンは、以下に示す理由のために常に正しく行われるとは保証されない。
【００２９】
（１）２−３プルダウン後のビデオ編集などにより、５フィールド周期で冗長フィールドが現れるパターンが保証されなくなる。
（２）２−３プルダウン後に、時間軸方向、すなわちフィールド間、フレーム間で平滑化フィルタが適用されるために、絵柄によっては、冗長フィールド１４が検出されにくくなる（実際には冗長フィールドであっても、後述する図４に示す比較器５０７でフラグＳ６０７が立たないことがある）。
【００３０】
図２は、冗長フィールド１４が検出されず、逆２−３プルダウンが誤って行なわれた具体例を示している。この場合、被符号化フレームレートは３０Ｈｚとなる。このように実際には、逆２−３プルダウンが理想的に行なわれるとは限らないため、被符号化フレームレートは一定とは限らず、２４Ｈｚから３０Ｈｚの間で変動する。そのため、例えば所謂ＭＰＥＧ２において、Ｎ（Ｎ≧１）フレームからなる所謂ＧＯＰの持続（表示）時間も一定ではなくなる。本発明は、このような場合でも、符号化により発生する情報量（以下、発生情報量という。）をＧＯＰ毎に正しく制御することができるようにしたものである。
【００３１】
なお、以下の説明において、Ｎの値は固定でも、可変でもよい。例えば同じシーンが長く続く場合はＮの値を大きくし、逆に短い間隔でシーンがチェンジする場合にはＮの値を小さくするような制御を行ってもよい。
（実施例−１）
本発明を適用した動画像信号符号化装置は、例えば図３に示すように、原入力画像信号Ｓ１０１から冗長フィールドを除去する前処理器３０１と、該前処理器３０１からの被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化する符号化器３０２と、該符号化器３０２の符号化パラメータを制御する符号化パラメータコントローラ３０３と、上記符号化器３０２からの符号化情報Ｓ１０３を一定のビットレートで出力する送信バッファ３０４と備える。
【００３２】
そして、この動画像信号符号化装置は、端子３００を介して原入力画像信号Ｓ１０１として入力される例えばフィルムソースのビデオ信号から、前処理器３０１により冗長フィールドのビデオ信号を除去して被符号化フレーム信号Ｓ１０２を生成した後、この被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化する。そして、得られる符号化情報Ｓ１０３を一旦送信バッファ３０４に記憶した後、所定の伝送ビットレートでビットストリームＳ１０４として、端子３１１を介して例えば伝送路に出力するようになっている。
【００３３】
また、例えば、この動画像信号符号化装置は、変調器３２１によってビットストリームＳ１０４にエラー訂正符号を付加すると共に、記録に適した所定の変調を施した後、この変調されたビットストリームＳ１０４で例えば光ピックアップ３２２を駆動することにより、モータ３２３により回転駆動される光磁気ディスク３２４にフィルムソースのビデオ信号を符号化して記録するようになっている。なお、符号化器３０２乃至送信バッファ３０４は、それぞれ図８に示す従来の動画像信号符号化装置の符号化器１０２乃至送信バッファ１０４と同一機能を有するので、説明は省略する。すなわち、符号化器３０２は、例えばＭＰＥＧ２に準拠したものであり、動き補償予測符号化器、ＤＣＴ（Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）回路、量子化器、可変長符号化器等から構成されている。また、ビットストリームＳ１０４を記録する動画像信号記録媒体として、例えば磁気ディスク、磁気テープ等の記録媒体を用いることができる。
【００３４】
かくして、フィルムソースのビデオ信号が符号化されて伝送され、又は動画像信号記録媒体に記録されるのであるが、この動画像信号符号化装置では、上述したように被符号化フレームレートが２４Ｈｚから３０Ｈｚの間で変動した場合においても、ＧＯＰ毎の符号化による発生情報量の制御を正しく行うことができるようになっている。
【００３５】
具体的には、この動画像信号符号化装置は、上述の図３に示すように、原入力画像信号Ｓ１０１をＮフレーム単位の被符号化画像グループに分け、各被符号化画像グループのフィールド数を算出するフィールド数算出器３１２と、該フィールド数算出器３１２からのフィールド数を記憶するフィールドカウント値メモリ３１６と、該フィールドカウント値メモリ３１６に記憶されているフィールド数に基づいて、被符号化画像グループの例えば持続時間を算出する計算器３１７と、該計算器３１７からの持続時間に基づいて目標ビット量Ｇを算出する計算器３０８と、上記符号化器３０２に入力される被符号化フレーム信号Ｓ１０２のフレーム数を計数（以下、カウントという。）するＮ進フレームカウンタ３５０と、上記符号化器３０２からの符号化情報Ｓ１０３のビット数をカウントするフレームビットカウンタ３０６と、上記計算器３０８からの目標ビット量Ｇを記憶すると共に、この目標ビット量Ｇから上記フレームビットカウンタ３０６からの符号化ビット量Ｓ１０７を減算するレジスタ３０７と、上記前処理器３０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５に基づいて、フレームビットカウンタ３０６からの符号化ビット量Ｓ１０７をレジスタ３０７に供給するスイッチ３０９と、上記Ｎ進フレームカウンタ３５０からのフラグＳ１５０に基づいて、上記計算器３０８からの目標ビット量Ｇをレジスタ３０７に供給するスイッチ３１０とを備える。
【００３６】
また、逆２−３プルダウンにより、冗長フィールドを検出して除去する前処理器３０１は、例えば図４に示すように、フィールド画像信号Ｓ６０１を順次遅延する遅延器５０２、５０３と、該遅延器５０３からの遅延されたフィールド画像信号Ｓ６０２とフィールド画像信号Ｓ６０１の差分値を算出する加算器５０４と、該加算器５０４からの差分値の絶対値を算出する絶対値計算器５０５と、該絶対値計算器５０５からの絶対値の１フィールド分の総和を算出する累積器５０６と、所定の閾値を予め記憶しているメモリ５０８上記累積器５０６からの累積値をメモリ５０８からの閾値と比較する比較器５０７と、上記前処理器３０１へ入力されるフィールド数をカウントするフィールドカウンタ５１０と、該フィールドカウンタ５１０からのフィールド数を所定の値と比較する比較器５１１と、上記比較器５０７、５１１からのフラグＳ６０７、Ｓ６１０の論理積を求めるＡＮＤ演算器５１２とを備える。
【００３７】
そして、遅延器５０２には、図３に示す端子３００を介してこの前処理器３０１に入力された原入力画像信号Ｓ１０１が、端子５０１を介してフィールド画像信号Ｓ６０１として供給されており、遅延器５０２、５０３は、この端子５０１を介して供給される例えば６０Ｈｚ のフィールド画像信号Ｓ６０１を順次１フィールド遅延して、加算器５０４に供給する。加算器５０４は、端子５０１を介して入力されるフィールド画像信号Ｓ６０１と、フィールド遅延器５０２、５０３により２フィールド遅延されたフィールド画像信号Ｓ６０２との１画素毎の差分値、すなわち例えばフィールド画像信号Ｓ６０２からフィールド画像信号Ｓ６０１を画素毎に減算し、得られる差分値Ｓ６０３を絶対値計算器５０５に供給する。
【００３８】
絶対値計算器５０５は、１画素毎の差分値Ｓ６０３の絶対値を求めて、絶対値Ｓ６０４として累積器５０６に供給する。累積器５０６は、絶対値Ｓ６０４の１フィールド当たりの和を求め、累積値Ｓ６０５として比較器５０７に供給する。比較器５０７には、メモリ５０８に予め記憶されている所定の値が閾値Ｓ６０６として供給されており、この比較器５０７は、累積器５０６から供給される累積値Ｓ６０５をこの閾値Ｓ６０６と比較して、累積値Ｓ６０５が閾値Ｓ６０６よりも小さいとき、フラグＳ６０７を１として（立てて）、ＡＮＤ演算器５１２に供給する。
【００３９】
一方、フィールドカウンタ５１０には、図３に示す端子３１３を介してこの前処理器３０１に入力されたフィールド同期信号Ｓ１２０が、端子５０９を介してフィールド画像信号Ｓ６０８として供給されており、このフィールドカウンタ５１０は、前処理器３０１へ入力されるフィールド数をカウントする。そして、フィールドカウンタ５１０は、カウント値ｊを信号Ｓ６０９として比較器５１１に供給する。比較器５１１は、信号Ｓ６０９に基づいて、カウント値ｊが５以上の奇数であるとき、フラグＳ６１０を１としてＡＮＤ演算器５１２に供給する。
【００４０】
ＡＮＤ演算器５１２は、比較器５０７からのフラグＳ６０７と比較器５１１からのフラグＳ６１０の倫理積を求め、フラグＳ６０７とフラグＳ６１０が共に１のとき、冗長フィールド検出フラグＳ６１１を１とし、この冗長フィールド検出フラグＳ６１１を端子５１３を介して出力する。すなわち、現在入力されたフィールド画像信号Ｓ６０１は２−３プルダウンによって重複している冗長フィールドであると判断される。そして、冗長フィールド検出フラグＳ６１１が１になると、フィールドカウンタ５１０は０にクリアされる。
【００４１】
前処理器３０１は、このようにして検出した冗長フィールド検出フラグＳ６１１に基づいて、冗長フィールドと判定したフィールドを、例えば上述した図１に示すように、取り除いて、残りのフィールドのビデオ信号を被符号化フレーム信号Ｓ１０２として符号化器３０２に供給する。そして、符号化器３０２は、上述したように被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化する。したがって、取り除かれたフィールドの動画像信号は符号化されない。
【００４２】
以上のようにして、冗長フィールドが取り除かれた被符号化フレーム信号Ｓ１０２が符号化されるのであるが、この動画像信号符号化装置は、被符号化画像グループ、例えばＧＯＰに割り当てる目標ビット量Ｇを、フィールドカウント値メモリ３１６からのフィールドカウント値ｊにより制御している点で、図８に示す従来の動画像信号符号化装置と大きく異なっている。
【００４３】
すなわち、この動画像信号符号化装置は、２パスの符号化方法を用いている。先ず１パス目で、原入力画像信号を、Ｎ（Ｎ≧１）フレーム単位の被符号化画像グループに分け、それぞれの被符号化画像グループを作るときに入力された原入力画像信号のフィールド数を計算し、その値をメモリに記憶しておく。そして、２パス目で、被符号化画像グループの原入力画像信号を符号化するときに、その被符号化画像グループに対応するフィールド数をメモリから読みだし、この値に基づいて、被符号化画像グループの目標ビット量Ｇ、すなわち符号化によって発生する情報のビット量の目標値を計算することにより、目標ビット量Ｇの制御を行うようになっている。
【００４４】
具体的には、フィールド数算出器３１２が、上述の１パス目の手順を実現するための回路であり、このフィールド数算出器３１２は、例えば図５に示すように、上記前処理器３０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をカウントするＮ進フレームカウンタ３０５と、上記フィールド同期信号Ｓ１２０をカウントするフィールドカウンタ３１４と、該フィールドカウンタ３１４からのフィールドカウント値ｊをフィールドカウント値メモリ３１６に供給するためのスイッチ３１５とを備える。
【００４５】
そして、前処理器３０１は、逆２−３プルダウンからなり、上述したように端子３００を介してフレームレートが３０Ｈｚで入力されるフィルムソースの原入力画像信号Ｓ１０１から冗長フィールドを除去して、被符号化フレーム信号Ｓ１０２を生成し、この被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化器３０２に供給する際に、被符号化フレーム信号Ｓ１０２の出力に同期した被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をＮ進フレームカウンタ３０５に供給する。
【００４６】
Ｎ進フレームカウンタ３０５は、この被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５を１からＮまでカウントし、カウント値がＮとなったときに、フラグＳ１０６を１として出力し、このフラグＳ１０６によりフィールドカウンタ３１４、スイッチ３１５を制御する。
一方、フィールドカウンタ３１４には、原入力画像信号Ｓ１０１のフィールドに同期したフィールド同期信号Ｓ１２０が端子３１３を介して供給されており、このフィールドカウント３１４は、Ｎ進フレームカウンタ３０５からのフラグＳ１０６が１のときに０にクリアされると共に、フィールド同期信号Ｓ１２０をカウンタする。そして、フィールドカウンタ３１４は、カウント値を信号Ｓ１２１とし、スイッチ３１５及び端子３３１を介してフィールドカウント値メモリ３１６に供給する。スイッチ３１５は、Ｎ進フレームカウンタ３０５からのフラグＳ１０６により制御され、フラグＳ１０６が１のときにオンとされる。すなわち、フィールドカウント値メモリ３１６には、現在の被符号化画像グループを作るときに前処理器３０１へ入力されたフィールド数を示すフィールドカウント値ｊが供給される。この結果、各被符号化画像グループに対するフィールドカウント値ｊがフィールドカウント値メモリ３１６に順次記憶される。以上の動作が１パス目の手順である。
【００４７】
つぎに、２パス目の手順について図３を用いて説明する。ところで、図３に示すフレームビットカウンタ３０６、レジスタ３０７及びスイッチ３０９、３１０は、それぞれ図８に示す従来の動画像信号符号化装置のフレームビットカウンタ１０６、レジスタ１０７及びスイッチ１０９、１１０と同一機能を有するものであり、説明は省略する。
【００４８】
前処理器３０１は、上述したように、端子３００を介して入力される原入力画像信号Ｓ１０１から冗長フィールドを除去して被符号化フレーム信号Ｓ１０２を生成し、この被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化器３０２に供給する。このとき、前処理器３０１は、被符号化フレーム信号Ｓ１０２の出力に同期して被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をＮ進フレームカウンタ３５０へ供給し、また、この被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５によりスイッチ３０９を制御する。また、このとき、前処理器３０１は、冗長フィールドを除去したかどうか、そして除去したフィールドの位置情報を、例えば被符号化フレーム信号Ｓ１０２のヘッダ情報に付加する。
【００４９】
Ｎ進フレームカウンタ３５０は、前処理器３０１から供給される被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５をカウントして、符号化器１０２へ入力されるフレーム数を１からＮまでカウントする。そして、このＮ進フレームカウンタ３５０は、カウンタ数が１となるときに、すなわち現在の被符号化画像グループの中で最初に符号化される被符号化フレーム信号Ｓ１０２が符号化器３０２へ入力する時刻に、フラグＳ１５０を１にする。そして、Ｎ進フレームカウンタ３５０は、このフラグＳ１５０により、フィールドカウント値メモリ３１６、スイッチ３１０を制御する。
【００５０】
フィールドカウント値メモリ３１６には、上述したように１パス目で得られた全ての被符号化画像グループに対するフィールドカウント値ｊが記憶されており、このフィールドカウント値メモリ３１６は、フラグＳ１５０が１になる毎に、記憶している各フィールドカウント値ｊを順次読み出し、読み出したフィールドカウント値ｊを信号Ｓ１１１として計算器３１７に供給する。
【００５１】
計算器３１７は、信号Ｓ１１１として供給されるフィールドカウント値ｊを別の単位の値、例えば式４により求められる被符号化画像グループの持続（表示）時間ΔＴに変換する。
ΔＴ＝ｊ×（フィールド周期）・・・式４
そして、この計算器３１７は、算出した持続時間ΔＴを信号Ｓ１１２として、目標ビット量Ｇを算出する計算器３０８に供給する。
【００５２】
計算器３０８は、現在の被符号化画像グループの持続時間ΔＴに基づいて、その被符号化画像グループに割り当てられる目標ビット量Ｇを、下記式５により算出し、算出した目標ビット量Ｇを信号Ｓ１０８とし、スイッチ３１０を介してレジスタ３０７に供給する。
Ｇ＝ ｂｉｔ＿ｒａｔｅ×ΔＴ・・・式５
ここで、ｂｉｔ ＿ｒａｔｅは、送信バッファ３０４から出力されるビットストリームＳ１０４のビットレートである。
【００５３】
また、例えば、計算器３１７は、被符号化画像グループの被符号化フレームレートＲを下記６式により求め、計算器３０８は、この被符号化フレームレートＲを用いて、下記式７により目標ビット量Ｇを求めるようにしてもよい。
Ｒ＝Ｎ／（ｊ×（フィールド周期））・・・式６
Ｇ＝ ｂｉｔ＿ｒａｔｅ×Ｎ／Ｒ・・・式７
そして、このようにして求められた目標ビット量Ｇは、Ｎ進フレームカウンタ３５０からのフラグＳ１５０により制御されるスイッチ３１０を介して、被符号化画像グループの最初の被符号化フレーム信号Ｓ１０２を符号化するときにレジスタ３０７に供給される。
【００５４】
レジスタ３０７には、前処理器３０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ１０５により制御されるスイッチ３０９を介して、フレームビットカウンタ３０６からの符号化ビット量Ｓ１０７が供給されており、このレジスタ３０７は、１フレームの被符号化フレーム信号Ｓ１０２が符号化される毎に、目標ビット量Ｇから符号化ビット量Ｓ１０７を減算して、目標ビット量Ｇの残量Ｓ１０９を符号化パラメータコントローラ３０３に供給する。
【００５５】
符号化パラメータコントローラ３０３は、目標ビット量Ｇの残量Ｓ１０９に基づいた符号化パラメータ制御信号Ｓ１１６により、符号化器３０２の符号化パラメータを制御する。この符号化パラメータコントローラ３０３での制御は、被符号化画像グループに割り当てられた目標ビット量Ｇと実際に発生したビット量が近付くようになされる。例えば符号化器３０２がＭＰＥＧ２に準拠している場合、符号化パラメータコントローラ３０３は、符号化における量子化の量子化ステップサイズを制御する。
【００５６】
かくして、この本発明を適用した動画像信号符号化装置は、動画像信号を符号化する際に、入力動画像の中から冗長画像を取り除くなどの前処理のために被符号化画像グループ毎に被符号化フレームレートが変化するときにおいても、発生情報量を正しく制御することができる。そして、この動画像信号符号化装置は、画像グループ毎に被符号化フレームレートが変化する場合、上述したようにその変化に対して適応的に目標ビット量Ｇを変更することにより、出力ビットレートが目標値を大きく越えてしまうという従来の動画像信号符号化装置の問題を解決することができる。
【００５７】
また、この動画像信号符号化装置では、ビットストリームの合計のビット量が目標より大きくなり、目的とする動画像信号記録媒体にビットストリームを記録できないという問題を解決することができる。
また、送信バッファの容量の制御を安定化することができ、そのため符号化パラメータを安定に制御することでき、安定してきれいな画質が得られる。
【００５８】
また、光磁気ディスク等の動画像信号記録媒体には、上述のような符号化により得られるビットストリームが記録される。
（実施例−２）
つぎに、本発明を適用した動画像信号符号化装置の第２の実施例について説明する。
【００５９】
この第２の実施例の動画像信号符号化装置は、例えば図６に示すように、原入力画像信号Ｓ２０１から冗長フィールドを除去する前処理器４０１と、該前処理器４０１からの被符号化フレーム信号Ｓ２０２を遅延する遅延器４１２と、該遅延器４１２で遅延された被符号化フレーム信号Ｓ２１１を符号化する符号化器４０２と、該符号化器４０２の符号化パラメータを制御する符号化パラメータコントローラ４０３と、上記符号化器４０２からの符号化情報Ｓ２０３を一定のビットレートで出力する送信バッファ４０４と、原入力画像信号Ｓ２０１をＮフレーム単位の被符号化画像グループに分け、各被符号化画像グループのフィールド数を算出するフィールドカウンタ４１４と、該フィールドカウンタ４１４からのフィールド数に基づいて被符号化画像グループの例えば持続時間を算出する計算器４１７と、該計算器４１７からの持続時間に基づいて目標ビット量Ｇを算出する計算器４０８と、上記遅延器４１２に入力される被符号化フレーム信号Ｓ２０２のフレーム数をカウントするＮ進フレームカウンタ４０５と、上記符号化器４０２からの符号化情報Ｓ２０３のビット数をカウントするフレームビットカウンタ４０６と、上記計算器４０８からの目標ビット量Ｇを記憶すると共に、この目標ビット量Ｇから上記フレームビットカウンタ４０６からの符号化ビット量Ｓ２０７を減算するレジスタ４０７と、上記前処理器４０１からの被符号化フレーム同期信号Ｓ２０５に基づいて、フレームビットカウンタ４０６からの符号化ビット量Ｓ２０７をレジスタ４０７に供給するスイッチ４０９と、上記Ｎ進フレームカウンタ４５０からのフラグＳ２１５に基づいて、上記計算器４０８からの目標ビット量Ｇをレジスタ４０７に供給するスイッチ４１０とを備える。
【００６０】
すなわち、この動画像信号符号化装置は、前処理器４０１と符号化器４０２の間に遅延器４１２を設けると共に、上述した第１の実施例の動画像信号符号化装置を構成するフィールド数算出器３１２とフィールドカウント値メモリ３１６の代わりに、フィールドカウンタ４１４とスイッチ４１６を設けた構成を有する。換言すると、この動画像信号符号化装置は、Ｎ（Ｎ≧１）フレーム単位の被符号化画像グループ、例えばＧＯＰに割り当てる目標ビット量Ｇを、フィールドカウンタ４１４からのフィールドカウント値ｊにより制御している点で、図８に示す従来の動画像信号符号化装置と大きく異なっている。なお、この動画像信号符号化装置を構成する符号化パラメータコントローラ４０３、送信バッファ４０４、フレームビットカウンタ４０６、レジスタ４０７、スイッチ４０９、４１０は、それぞれ図８に示す従来の動画像信号符号化装置の符号化パラメータコントローラ１０３、送信バッファ１０４、フレームビットカウンタ１０６、レジスタ１０７、スイッチ１０９、１１０と同一機能を有するので、説明は省略する。
【００６１】
前処理器４０１は、逆２−３プルダウン回路からなり、端子４００を介してフレームレートが３０Ｈｚで入力される例えばフィルムソースのビデオ信号である原入力画像信号Ｓ２０１から、冗長なフィールドを除去して、被符号化フレーム信号Ｓ２０２を生成し、この被符号化フレーム信号Ｓ２０２を遅延器４１２に供給する。また、前処理器４０１は、被符号化フレーム信号Ｓ２０２の出力に同期した被符号化フレーム同期信号ＳＳ２０５をＮ進フレームカウンタ４０５に供給すると共に、この被符号化フレーム同期信号Ｓ２０５によりスイッチ４０９を制御する。
【００６２】
遅延器４１２は、例えばフレームメモリからなり、被符号化フレーム信号Ｓ２０２をＮフレーム分遅延し、遅延された被符号化フレーム信号Ｓ２１１を符号化器４０２に供給する。そして、被符号化フレーム信号Ｓ２１１は、従来の動画像信号符号化装置と同様に、符号化器４０２において符号化される。Ｎ進フレームカウンタ４０５は、前処理器４０１から供給される被符号化フレーム同期信号Ｓ２０５を１からＮまでカウントし、カウンタ値がＮとなるときにフラグＳ２０６を１にし、またその後、カウント値が１となったときにフラグＳ２１５を１にする。
【００６３】
一方、フィールドカウンタ４１４には、原入力画像信号Ｓ２０１のフィールドに同期したフィールド同期信号Ｓ２１２が端子４１３を介して入力されており、このフィールドカウンタ４１４は、フラグＳ２０６が１のときに０にクリアされると共に、フィールド同期信号Ｓ２１２をカウントし、カウント値を信号Ｓ２１３として、スイッチ４１５を介して計算器４１７に供給する。
【００６４】
スイッチ４１５は、フラグＳ２０６が１のときにオンとなり、カウント値を計算器４１７に供給する。すなわち、計算器４１７には、現在の被符号化画像グループを作るときに、前処理器４０１へ入力されたフィールド数を示すフィールドカウント値ｊが供給される。
計算器４１６は、例えば第１の実施例と同様に、式４により持続時間ΔＴを算出し、この持続時間ΔＴを信号Ｓ２１４として計算器４０８に供給する。
【００６５】
計算器４０８は、例えば第１の実施例と同様に、式５により、被符号化画像グループに割り当てられる目標ビット量Ｇを算出し、この目標ビット量Ｇを信号Ｓ２０８とし、スイッチ４１０を介してレジスタ４０７に供給する。
そして、この動画像信号符号化装置では、第１の実施例の動画像信号符号化装置と同様に、この目標ビット量Ｇに基づいて、発生情報量の制御が行われる。なお、式６及び式７により、目標ビット量Ｇを求めてもよい。
【００６６】
かくして、この第２の実施例の動画像信号符号化装置も、第１の実施例の動画像信号符号化装置と同様な効果を得ることができる。
（実施例−３）
ここで、本発明を適用した動画像信号符号化装置の第３の実施例について説明する。この実施例の動画像信号符号化装置は、可変レート符号化方法を採用した、すなわち被符号化画像グループに割り当てる目標ビット量Ｇが一定でなく、例えば本願出願人の先の出願（平成５年特許願第１０５９４３号）にて提案した符号化難易度（Ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙ）に基づいて目標ビット量Ｇを求め、この目標ビット量Ｇにより発生情報量の制御を行うようにしたものである。
【００６７】
すなわち、この動画像信号符号化装置は、例えば図７に示すように、原入力画像信号Ｓ７０１から冗長フィールドを除去する前処理器６０１と、該前処理器６０１からの各被符号化画像グループのフィールド数を記憶すると共に、記憶したフィールド数に基づいて持続時間を算出するメモリ＆計算器６０２と、原入力画像信号Ｓ７０１に基づいて各被符号化画像グループの符号化難易度を算出する計算器６０３と、該計算器６０３からの符号化難易度を記憶するメモリ６０４と、上記メモリ＆計算器６０２からの持続時間とメモリ６０４からの符号化難易度に基づいて目標ビット量Ｇを算出すると共に、目標ビット量Ｇを最大ビットレート以下とする比較器６０５と、該比較器６０５からの目標ビット量Ｇに基づいて、上記前処理器６０１からの被符号化フレーム信号Ｓ７０２を符号化する符号化器６０６とを備える。
【００６８】
そして、前処理器６０１は、端子６００を介して入力される原入力画像信号Ｓ７０１から冗長フィールドを除去すると共に、原入力画像信号Ｓ７０１をＮ（Ｎ≧１）フレーム単位の被符号化画像グループに分け、各被符号化画像グループのフィールド数を示すフィールドカウント値ｊを信号Ｓ７０３としてを順次メモリ＆計算器６０２に供給する。
【００６９】
メモリ＆計算器６０２は、前処理器６０１から供給されるフィールドカウント値ｊを記憶すると共に、これらのフィールドカウント値ｊを用いて、例えば式４により持続時間ΔＴを算出して記憶する。そして、メモリ＆計算器６０２は記憶した持続時間ΔＴを信号Ｓ７０５として比較器６０５に供給する。
一方、計算器６０３は、端子６００を介して入力される原入力画像信号Ｓ７０１に基づいて、各被符号化画像グループの符号化難易度Ｓ７０４を算出し、これらの符号化難易度Ｓ７０４をメモリ６０４に供給する。そして、メモリ６０４は、各被符号化画像グループの符号化難易度Ｓ７０４を一旦記憶すると共に、記憶した各被符号化画像グループの符号化難易度Ｓ７０４を信号Ｓ７０６として比較器６０５に供給する。ところで、計算器６０３で求められる符号化難易度は、例えばＭＰＥＧ２における符号化の際に、量子化ステップサイズを１としたときの被符号化画像グループ毎の発生情報量である。
【００７０】
比較器６０５は、メモリ＆計算器６０２から供給される持続時間ΔＴと、メモリ６０４から供給される符号化難易度とに基づいて、各被符号化画像グループに割り当てる目標ビット量Ｇを算出する。例えば符号化難易度に比例させて、目標ビット量Ｇを求める。ところで、一般に可変レート符号化方法では、伝送系の能力、すなわち例えば伝送ビットレートにより、目標ビット量Ｇの最大値が制限される。そこで、例えばＮフレーム毎での平均ビットレートが、所定の最大値を越えないようにする。すなわち、比較器６０５は、下記式８により、Ｎフレーム毎での平均ビットレート ｂｉｔ＿ｒａｔｅを求め、この平均ビットレート ｂｉｔ＿ｒａｔｅを最大値 ｍａｘｉｍｕｍ＿ｂｉｔ ＿ｒａｔｅにクリッピングする。また、比較器６０５は、平均ビットレート ｂｉｔ＿ｒａｔｅをクリッピングしたときは、そのために使用できなかったビット量ΔＧを、式９により計算し、ビット量ΔＧをその他の被符号化画像グループの符号化のために補充する。例えば、比較器６０５は、その次以降の被符号化画像グループの目標ビット量Ｇにビット量ΔＧを加算したりする。
【００７１】
ｂｉｔ＿ｒａｔｅ＝Ｇ／ΔＴ・・・式８
ここで、Ｇは、被符号化画像グループの符号化難易度に基づいて求めた目標ビット量であり、ΔＴは、被符号化画像グループの持続時間である。
ΔＧ＝（ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ− ｍａｘｉｍｕｍ＿ｂｉｔ ＿ｒａｔｅ）×ΔＴ・・・式９
そして、比較器６０５は、上述のようにして求めた目標ビット量Ｇを信号Ｓ７０７として符号化器６０６に供給する。
【００７２】
符号化器６０６には、前処理器６０１から現在の被符号化画像グループの被符号化フレーム信号Ｓ７０２が供給されており、この符号化器６０６は、比較器６０５から供給される目標ビット量Ｇに基づいて、被符号化フレーム信号Ｓ７０２を符号化する。そして、符号化器６０６は符号化により得られる符号化情報を端子６０７からビットストリームとして出力する。
【００７３】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明では、入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成し、このグループを形成するのに用いられた原画像数を算出し、原画像数に基づいてグループ毎の目標情報量を算出する。そして、目標情報量に基づいてグループ毎に被符号化画像の動画像信号を符号化することにより、画像グループ毎に被符号化画像レートが変化する場合であっても、その変化に対して目標ビット量を適応的に制御することができ、従来の装置のように出力ビットレートが目標値を大きく越えてしまうという問題を解決することができる。また、ビットストリームの合計のビット量が目標より大きくなり、目的とする動画像信号記録媒体にビットストリームを記録できないという問題を解決することができる。さらに、送信バッファの容量の制御を安定化することができ、そのため符号化パラメータを安定に制御することができ、安定してきれいな画質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】逆２−３プルダウンが理想的に行なわれた場合の具体例を示す図でる。
【図２】逆２−３プルダウンが誤って行なわれた場合の具体例を示す図である。
【図３】本願発明を適用した動画像信号符号化装置の第１の実施例の構成を示すブロック図である。
【図４】上記動画像信号符号化装置を構成する前処理器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】上記動画像信号符号化装置を構成するフィールド数算出器の具体的な構成を示すブロック図である。
【図６】本願発明を適用した動画像信号符号化装置の第２の実施例の構成を示すブロック図である。
【図７】本願発明を適用した動画像信号符号化装置の第３の実施例の構成を示すブロック図である。
【図８】従来の動画像信号符号化装置の構成を示すブロック図である。
【図９】５枚の被符号化画像をＧＯＰとしたときの符号化の原理を説明するたの図である。
【図１０】冗長画像が不規則な周期で除去されるときの符号化の原理を説明するための図である。
【符号の説明】
３０１ 前処理器
３０２ 符号化器
３０３ 符号化パラメータコントローラ
３０４ 送信バッファ
３０６ フィールドカウンタ
３０７ レジスタ
３０８ 計算器
３１２ フィールド数算出器
３１６ フィールドカウント値メモリ
３１７ 計算器
３２４ 光磁気ディスク
３５０ Ｎ進フレームカウンタ
Claims (4)
- 入力動画像信号を符号化する動画像信号符号化方法であって、
上記入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成するステップと、
上記グループを形成するのに用いられた原画像数を算出するステップと、
上記算出された原画像数に基づいて上記グループ毎の目標情報量を算出するステップと、
上記目標情報量に基づいてグループ毎に上記被符号化画像の動画像信号を符号化するステップとを有する動画像信号符号化方法。 - 上記グループを形成する被符号化画像数を可変としたことを特徴とする請求項１記載の動画像信号符号化方法。
- 入力動画像信号を符号化する動画像信号符号化装置であって、
上記入力動画像信号で示される複数の原画像から冗長画像を除去した被符号化画像の所定数を単位とするグループを形成するグループ形成手段と、
上記グループ形成手段でグループを形成するのに用いられた原画像数を算出する原画像数算出手段と、
上記原画像数算出手段からの原画像数に基づいて上記グループ毎の目標情報量を算出する情報量算出手段と、
上記情報量算出手段からの目標情報量に基づいてグループ毎に上記被符号化画像の動画像信号を符号化する符号化手段とを備える動画像信号符号化装置。 - 上記グループ形成手段は、グループを形成する被符号化画像数を可変としたことを特徴とする請求項３記載の動画像信号符号化装置。
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