JP3646844B2 - ビデオデータ分割装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はビデオデータ分割装置に関し、特に動画像の階層化に用いて好適なビデオデータ分割装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、ATM、LAN、インターネット等のネットワークを用いて、一斉同報的に行われるビデオ放送、あるいはテレビ会議参加者への会議映像の同時配信を行う送信装置においては、動画像の符号化におけるDCT係数を低周波成分と高周波成分とに分割し、それらを別個の通信路に送出する技術が提案されている。
【0003】
例えば、本発明者は、特願平9−41708号において、動画像の符号化に標準的に用いられているMPEGにおけるDCT係数を、低周波成分と高周波成分とに分割して送信し、受信側では必要とする画像品質に応じて低周波成分のみを用いて、あるいは低周波成分と高周波成分の両方を用いて復号化できるようにした動画像符号化データの階層化方法および装置を提案した。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
前記の特許出願には、DCT係数の分割後のデータ構造が与えられているが、DCT係数の分割制御、すなわち分割時のDCT係数次数の選択の仕方については言及されていなかった。このため、階層分割後のデータ系列の情報量を一定に保つことはできず、固定速度のネットワークを利用することができないという問題があった。
【0005】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、階層分割後のデータ系列の情報量をほぼ一定に保つことができるようにしたビデオデータ分割装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、動画像の符号化におけるDCT係数を低周波成分と高周波成分とに分割するビデオデータ分割装置において、画像フレームの発生情報量を求める手段と、該画像フレームの発生情報量をパラメータとして、分割後の低周波成分および高周波成分の少くとも一方のデータ量が目標値となるように、低周波成分および高周波成分の分割点を求める手段とを具備し、前記目標値を、過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分を吸収するために、該過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分に基づいて決定するようにした点に特徴がある。
【0007】
この特徴によれば、階層分割後の低周波成分と高周波成分のデータ量を、各フレームに対してほぼ一定に保つことができるようになり、固定速度のネットワークを利用することができるようになる。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【0009】
図の、原画像データから予測画像データを引き算して予測誤差信号を生成する減算器1と、該減算器1から出力された予測誤差信号を直交変換、例えばDCT変換する直交変換部2と、該直交変換されたデータを量子化する量子化部3と、該量子化されたデータを逆量子化する逆量子化部4と、逆直交変換部5と、加算器6と、再生画を一時的に記憶するフレームメモリ7と、前記原画像データと前記フレームメモリ7からの再生画データとで動き補償を行う動き補償予測部8とを備えた装置は、MPEG符号化装置として既知のものである。
【0010】
本実施形態では、前記量子化部3の出力を入力とする第1のジグザグスキャン符号化装置11と、第2のジグザグスキャン符号化装置13と、前記第1のジグザグスキャン符号化装置11で決定された符号語を受取り、直交変換係数、すなわちDCT係数の分割次数xn を求めて出力するパラメータ決定装置12とを有している。ベースレイヤパケット化装置14は前記第2のジグザグスキャン符号化装置13から出力されたDCT係数の低周波成分をパケット化し、拡張レイヤパケット化装置15は前記第2のジグザグスキャン符号化装置13から出力されたDCT係数の高周波成分をパケット化する。なお、前記第1のジグザグスキャン符号化装置11は公知の通常のジグザグスキャン符号化装置である。
【0011】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、前記第1のジグザグスキャン符号化装置11の動作を、図2のフローチャートにより説明する。ステップS1では、前記量子化部3から出力されたデータ(DCT係数)を、ジグザグスキャン順に取込む動作がなされる。ステップS2では、現係数を含めて以降の係数が全て0であるか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはステップS3に進んで係数値が0であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップS1に戻って前記と同じ動作が繰り返される。一方、前記ステップS3の判断が否定になると、ステップS4に進んで、0の連続数と非0の係数値に従って符号語を決定し、パラメータ決定装置に出力する。
【0012】
前記の動作が繰り返し行われている間に、前記ステップS2の判断が肯定になると、ステップS5に進み、EOB(End Of Block)信号をパラメータ決定装置に出力する。
【0013】
第1のジグザグスキャン符号化装置11の上記の動作により、パラメータ決定装置12は該第1のジグザグスキャン符号化装置11から、符号化対象となっているフレームで発生した全符号化情報量cを検出できることになる。すなわち、第1のジグザグスキャン符号化装置11から、符号化対象となっているフレームで発生した符号語が分かり、該符号語から符号語長が分かり、該符号語長の合計から全符号化情報量cが分かるようになる。
【0014】
次に、該パラメータ決定装置12の動作を説明する。該パラメータ決定装置12は、まず、下記の(1) 式に基づいて、符号化対象の当該フレームの分割後の高周波成分データ量の目標値yn を定める。
【0015】
【数2】
ここで、Bはフレーム当りの高周波成分平均データ量の目標値(定数)、bi は第iフレームで高周波成分として発生したデータ量、yn は第nフレーム(現フレーム)に対する高周波数成分発生情報量の目標値である。
【0016】
前記(1) 式は、各フレームに対する高周波成分のデータ量が目標値Bに近付くようにするための式であり、制御誤差を吸収するために、目標情報量((n+1)B)と過去の高次係数の発生情報量(Σbi )との差分を取って、フィードバック制御をしている。
【0017】
次に、パラメータ決定装置12は、下式に基づいて、ジグザグスキャン分割次数xn (以下、単に分割次数xn と呼ぶ)を決定する。なお、下記の(2) 式は、図3に関して後述する実験式である。また、該分割次数xn とは、スキャンの順に沿って、0から63までのインデックスが割り当てられた時の低周波成分と高周波成分の境界を示すインデックスである。
【0018】
yn =axn +c …(2)
ここに、aは定数、cは当該フレームで発生した全情報量である。
【0019】
(2) 式により、分割次数xn は下式により求めることができる、
xn =(yn −c)/a …(3)
ここで、前記(2) 式が成立する理由を、図3を参照して説明する。ジグザグスキャン分割次数xn を簡易に決定することを目的として、分割次数と、その時の高次係数のビット数の関係を計算機シミュレーションで調べた。図3は、N=15、M=1のMPEG1により、CIF画像であるContainer 、Coastguard、およびMother&Daughter(M&D)を符号化した時の第1GOP、第14Pフレームにおいて、分割次数(横軸)を変化させた時の高次係数のビット数(縦軸)を示している。この図3から、分割次数xと高次係数のビット数yとの間には、下記の近似式(4) が部分的に当てはまることが分かる。
【0020】
y=ax+c …(4)
図3に示した直線は、a(勾配)を共通とし、cを画像毎に変えたものである。なお、cはDCT係数の全ビット数であるから、符号化時に容易に得られる数値である。
【0021】
パラメータ決定装置12は、前記(1) 式と(3) 式により分割次数xn を決定する。そして、該分割次数xn を第2のジグザグスキャン符号化装置13に入力する。該第2のジグザグスキャン符号化装置13は、ジグザグスキャンの途中までの符号化データをベースレイヤパケット化装置14へ、それ以降の高周波成分は拡張レイヤパケット化装置15へ出力する働きをする。
【0022】
該第2のジグザグスキャン符号化装置13の動作を、図4のフローチャートを参照して説明する。ステップS11では、係数インデックスiを−1に初期化する。ステップS12では、該iに1を加算する。ステップS13では、該iが前記パラメータ決定装置12から送られてきた分割次数xn と比較され、i≧xn が成立したか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはステップS14に進み、ジグザグスキャン順に次の係数を取込む処理がなされる。ステップS15では、現係数を含めて以降の係数が全て0であるか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップS16に進んで、係数値が0であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップS12に戻って、再度前記した動作が繰り返される。
【0023】
一方、前記ステップS16の判断が否定の時には、ステップS17に進んで、0の連続数と係数値に従って符号語を決定し、該符号語は前記ベースレイヤパケット化装置14に出力される。
【0024】
次に、前記した処理が繰り返された結果、ステップS13の処理が肯定になると、ステップS18に進んで、ジグザグスキャン順に次の係数を取込む処理がなされる。次いで、ステップS19に進んで、現係数を含めて以降の係数が全て0であるか否かの判断がなされ、この判断が否定の時には、ステップS20に進んで、係数値が0であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップS22に進んで、前記iに1が加算され、再度前記したステップS18、S19の動作が繰り返される。
【0025】
一方、前記ステップS20の判断が否定の時には、ステップS21に進んで、0の連続数と係数値に従って符号語を決定し、該符号語は前記拡張レイヤパケット化装置15に出力される。
【0026】
以上のように、本実施形態によれば、まず、過去の階層分割後の発生情報量から現フレームの階層分割後の目標情報量yn を決定し、次に、その目標情報量yn に最も近い発生情報量となると予想される分割次数xn を決定するようにしているので、ベースレイヤパケット化装置14と拡張レイヤパケット化装置15とに常にほぼ一定量の情報を供給することができるようになり、階層化ビデオ放送等において、固定速度のネットワークを利用することができるようになる。
【0027】
次に、本発明の第2実施形態について、図5および図6を参照して説明する。この実施形態は、既に符号化が終了してハードディスク等の蓄積装置に蓄積されたファイルを、該蓄積装置から読み込んで階層分割するようにしたものである。
【0028】
図5において、ファイル読込装置20は前記蓄積装置から符号化により圧縮されたファイルを読み出す。読み出されたファイルはフレームデータ量計測装置21と可変長符号復号装置23に送られる。フレームデータ量計測装置21は、画像フレーム当たりの符号語の発生情報量を計測し、該発生情報量cをパラメータ決定装置22に送る。パラメータ決定装置22は前記第1実施形態と同じ手法により、スキャン分割次数xn を決定する。該スキャン分割次数xn は可変長符号復号装置23に送られる。
【0029】
次に、該可変長符号復号装置23の動作を、図6のフローチャートを参照して説明する。ステップS31では置数Rが0と置かれる。ステップS32では、ファイル読込装置20からDCT係数ブロックデータが入力される。ステップS33では、該DCT係数ブロックデータから符号語が一つ読込まれ、これが復号されてゼロラン長zが求められる。ステップS34では、R=R+z+1が演算される。ステップS35では、R≧分割次数(=xn )が成立するか否かが判断される。この判断が否定の時にはステップS36に進んで、符号語を、ベースレイヤファイル書込み装置24に送られる。そして、再びステップS33に戻って、前記した処理が繰り返される。
【0030】
前記の処理が繰り返されている間に、ステップS35の判断が肯定になると、ステップS37に進む。該ステップS37では、符号語が、拡張レイヤファイル書込み装置25に送られる。
【0031】
以上のように、この実施形態においても、ベースレイヤファイル書込み装置24と拡張レイヤファイル書込み装置25に、ほぼ一定量の情報を書込むことができるようになる。
【0032】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、画像フレームの発生情報量をパラメータとして、分割後の低周波成分および高周波成分の少くとも一方のデータ量が目標値となるように、低周波成分および高周波成分の分割点を求めるようにしているので、分割後の低周波成分および高周波成分の情報量を各画像フレームに対して一定にすることができるようになる。このため、階層化ビデオ放送等において、固定速度のネットワークを利用することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【図2】 図1の第1のジグザグスキャン符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図3】 分割次数と、その時の高次係数のビット数の関係を計算機シミュレーションで調べた結果を示すグラフである。
【図4】 図1の第2のジグザグスキャン符号化装置の動作を示すフローチャートである。
【図5】 本発明の第2実施形態の構成を示すブロック図である。
【図6】 図5の可変長符号復号装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
3…量子化部、11…第1のジグザグスキャン符号化装置、12…パラメータ決定装置、13…第2のジグザグスキャン符号化装置、14…ベースレイヤパケット化装置、15…拡張レイヤパケット化装置。
Claims (4)
- 動画像の符号化におけるDCT係数を低周波成分と高周波成分とに分割するビデオデータ分割装置において、
画像フレームの発生情報量を求める手段と、
該画像フレームの発生情報量をパラメータとして、分割後の低周波成分および高周波成分の少くとも一方のデータ量が目標値となるように、低周波成分および高周波成分の分割点を求める手段とを具備し、
前記目標値を、過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分を吸収するために、該過去のフレームにおける分割後のデータ量の目標値と分割後に実際に発生したデータ量との差分に基づいて決定するようにしたことを特徴とするビデオデータ分割装置。 - 請求項1に記載のビデオデータ分割装置において、
前記低周波成分および高周波成分の分割点は、DCT係数のジグザグスキャン時の次数であることを特徴とするビデオデータ分割装置。 - 請求項1または2に記載のビデオデータ分割装置において、
第nフレーム目(ここに、nは正の整数)の低周波成分および高周波成分の分割点xn は、該第nフレームの発生情報量をc、分割後の高周波成分の目標値をyn とした時、下記の式で求めるようにしたことを特徴とするビデオデータ分割装置。
xn =(yn −c)/a ただし、aは定数
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