JP3814321B2 - 量子化パラメータ決定装置及び方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、映像信号を符号化する装置及び方法に関し、特に、伝送すべき映像信号から取出した変換係数を量子化する際の量子化ステップサイズを適切に決定することによって、伝送された映像信号の画質を向上させる量子化パラメータ決定装置及び方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、高精細度テレビやテレビ電話システムような多様な電子製品において、映像信号はディジタル形態で伝送される。一連の映像「フレーム」からなる映像信号がディジタル形態で表される場合、映像フレームの各ラインが「画素」と呼ばれる一連のディジタルデータにより表されるため大量のディジタルデータが必要となる。しかし、通常の伝送チャネルの利用可能な周波数帯域は制限されているため、その制限されたチャネルを通じて大量のディジタルデータを伝送するには、一般に、伝送されるディジタルデータの量を圧縮する映像信号符号化装置が用いられる。
【0003】
従来の映像信号符号化装置は、典型的には、変換符号化器(例えば、離散的コサイン変換(DCT)符号化器)を含んでおり、この変換符号化器は、映像信号に含まれる複数(例えば8×8個)の画素からなる複数のブロックを、例えば8×8個の変換係数からなる複数のブロックに順に変換するのに用いられる。この変換係数ブロックは、その後、量子化回路に伝送されて量子化される。この量子化されたデータは、ランレングス符号化と可変長符号化を用いて引き続いて処理された後、バッファに入力され、バッファに一時的に格納された後、例えば、伝送装置に供給される。
【0004】
映像信号符号化装置では、変換係数ブロックの量子化方法によって、符号化された映像信号のビットレートが決まると共に、符号化された映像信号から復元される映像信号の画質が決まる。従来の量子化回路は、量子化を行うために、いわゆる量子化パラメータを用いることによって調節される量子化ステップサイズのマトリックスを含んでいる。それらについては、“国際標準化機構標準化委員会初案(ISO Standard Committee Draft)11172-2に含まれているMPEG(Moving Picture Expert Group)の映像符号化シンタックス(syntax)”に記述されている。
【0005】
量子化ステップサイズは、符号化された映像信号のビットレート及び符号化された映像信号を作る過程で採用される量子化の細かさを直接決定する。即ち、量子化ステップサイズが小さければ小さいほど、データの量が多くなり、これを表すのに必要とされる符号ビットも増え、量子化ステップサイズが大きければ大きいほど、データの量が少なくなり、これを表すのに必要とされる符号ビットも少なくなる。しかし、符号ビットの数が多いほど、映像信号フレームをより正確に表現することができる。従って、予め定められた特定のビットレートの下で、最良の画質を実現するためには、量子化パラメータを適切に選択する必要がある。
【0006】
従来の符号化装置で処理される映像データは、複数のスライスからなる複数のフレームからなり、各スライスは、複数のマクロブロック(予め定められた数の一組のブロック)から構成されている。
【0007】
従来の符号化装置では、量子化パラメータは、以下に述べるように、各スライスのスタートに於いて再調整される。また、マクロブロックのスタートに於いてリセットすることもできる。
【0008】
量子化パラメータを決定する簡単な方法の一つは、バッファの使用率をモニターすることである。即ち、バッファがオーバフローに近づくと量子化ステップサイズを増大し、バッファの使用率が低い場合は量子化ステップサイズを小さくする。
【0009】
量子化パラメータを決定する他の方法では、バッファの使用率だけでなく局所的な画像の内容も考慮される。詳述すると、量子化ステップサイズは、映像が滑らかな領域においては小さい値に設定され、映像が複雑な領域においては大きい値に設定される。この方式では、映像が滑らかな領域において濃淡のむらが抑えられる代わりに、映像が複雑な領域において量子化雑音が増加する。しかし、この量子化雑音は映像の詳細な部分によってマスクされる。
【0010】
前述した従来の方法では、マクロブロック単位で決定される場合を除いて、ある映像フレームのスライスに対する量子化パラメータは、バッファの使用率とその前のスライス(前スライス)の映像の複雑さに基づいて概ね決定される。
【0011】
しかし、前フレームの最後のスライスの特性が、現フレームの1番目のスライスの特性と非常に異なることがあるため、映像信号の現フレームの1番目のスライスに対する量子化パラメータを決定する際に、前スライス(即ち、前フレームの最後のスライス)を考慮することは適切ではない。従って、現フレームの1番目のスライスに対する量子化パラメータを求めるためには、前スライスの複雑さの代わりに、他の映像の特性を用いる方法を考案することが好ましい。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、映像信号符号化装置に用いられ、入力データ及び制御信号に応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定装置及び方法を提供することである。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、複数のスライスよりなる複数のフレームを有する入力データを量子化し、符号化して、該符号化されたデータをバッファを通じて伝送する映像信号符号化装置に用いられる装置であって、前記入力データと前記バッファの使用率を表す制御信号とに応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定装置であって、前記制御信号に応じて、現フレームのスライスの各々に対する候補量子化パラメータを決定する調整手段と、前記入力データに応じて、前記映像信号符号化装置で処理されている前記現フレームの前記スライスを表すスライス番号信号を発生する制御手段と、前記スライス番号信号が、前記現フレームの2番目のスライスが前記映像信号符号化装置で処理中であることを示す場合、前記候補量子化パラメータを格納する格納手段と、前記スライス番号信号が、前記現フレームの1番目のスライスが処理中であることを示す場合には、前記格納手段に既に格納されている前フレームの2番目のスライスに対する候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択すると共に、前記スライス番号信号が、前記現フレームの前記1番目のスライス以外のスライスが処理中であることを示す場合には、それらの各スライスに対する前記候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択する選択手段とを含むことを特徴とする量子化パラメータ決定装置が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
図1には、本発明の量子化パラメータ決定方法を用いた映像信号符号化装置の概略的なブロック図が示されている。
【0016】
この映像信号符号化装置へのデータは、映像データに対して離散的コサイン変換を適用することによって得られた変換係数のブロックの形態で入力される。量子化器100は入力データを受け取って、量子化パラメータ決定ブロック10で決定された量子化パラメータに基づいて受け取ったデータを量子化する。
【0017】
詳述すると、量子化器100には、基本量子化ステップサイズのマトリックスを格納したメモリが組み込まれている。基本量子化ステップサイズは、一つの基準ステップサイズが各変換係数ブロックに含まれる変換係数の一つに対応するように整列されている(国際標準化機構標準化委員会初案11172-2参照)。
【0018】
量子化器100は、変換係数のブロックの他に、量子化パラメータ決定ブロック10から量子化パラメータQpを受け取る。量子化器100は、基本量子化ステップサイズマトリックスと量子化パラメータとを用いて、量子化されたデータ、即ち、量子化された形態の変換係数ブロックを出力する。変換係数ブロックの各係数を量子化するのに用いられる実際の量子化ステップサイズは、量子化パラメータQpと基本量子化ステップサイズマトリックスの各基準量子化ステップサイズとを掛け合わせることによって求められる。
【0019】
その後、量子化されたデータは、通常の可変長符号化ブロック110へ入力される。この可変長符号化ブロック110は、ランレングス符号化及びハフマン符号化法を用いて、符号化された映像データを発生する。
【0020】
符号化された映像データは、バッファ120に一時的に格納された後、伝送装置を通じて受信機(図示せず)へ伝送される。
【0021】
量子化パラメータ決定ブロック10は、Qp調整器130、メモリ140、コントローラ150及びセレクタ160を含む。
【0022】
バッファ120の使用率を表す信号C1が、Qp調整器130へ供給される。このQp調整器130においては、量子化パラメータQpが従来の量子化パラメータ決定方法と同様に、バッファ120の使用率に応じて決定される。Qp調整器130により決定されたQpは、セレクタ160及びメモリ140へ供給される。
【0023】
一方、入力データは、コントローラ150へも供給される。この入力データに応じて、コントローラ150は、符号化装置でその時処理されているフレームのスライスを表すスライス番号信号C2を発生する。
【0024】
メモリ140は、コントローラ150からのスライス番号信号C2に応じて、各フレームの2番目のスライスに対するQpを格納する。即ち、処理中のフレーム(現フレーム)の2番目のスライスのQpがメモリ140へ入力されると、メモリ140の内容(即ち、前フレームの2番目のスライスに対するQp)は現フレームの2番目のスライスに対するQpに更新される。他のスライスに対するQpは格納されない。格納されたQpは、セレクタ160へ入力される。
【0025】
セレクタ160においては、スライス番号信号C2に応じて、Qp調整器130からのQp、またはメモリ140に格納されているQpが選択される。C2が現フレームの1番目のスライスが処理中であることを表す場合、メモリ140に格納されているQpが選択され、そうでない場合(即ち、C2が1番目のスライス以外のスライスが処理中であることを表す場合)は、Qp調整器130からのQpが選択される。即ち、現フレームの1番目のスライスに対するQpとしては前フレームの2番目のスライスに対するQpが選択され、1番目のスライス以外のスライスに対しては、Qpはバッファの使用率に応じて決定される。
【0026】
公知のように、多くの場合、現フレームの映像特性は前フレームの映像特性と類似しているため、現フレームの1番目のスライスの映像特性は、前フレームの2番目のスライスの映像特性と余り変わらない。このことから、前フレームの2番目のスライスに対するQpを現フレームの1番目のスライスに対するQpとして用いる方が、前フレームの最後のスライスの映像特性によって概ね決定されるバッファの使用率に応じて決定するより効果的であると言える。更に、前フレームの1番目のスライスに対するQpを、現フレームの1番目のスライスに対するQpとして用いることはできないが、それは、そのようにすると全てのフレームの1番目のスライスに対するQpが同じになってしまうからである。
【0027】
上記に於いて、本発明の特定の実施例について説明したが、本明細書に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
【0028】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを用いることによって、映像の画質をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の量子化パラメータ決定装置が組み込まれた映像信号符号化装置の概略的なブロック図である。
【符号の説明】
10 量子化パラメータ決定ブロック
100 量子化器
110 可変長符号化ブロック
120 バッファ
130 Qp調整器
140 メモリ
150 コントローラ
160 セレクタ

Claims (2)

  1. 複数のスライスよりなる複数のフレームを有する入力データを量子化し、符号化して、該符号化されたデータをバッファを通じて伝送する映像信号符号化装置に用いられる装置であって、前記入力データのスライスのフレーム内での位置と前記バッファの使用率を表す制御信号とに応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定装置であって、
    前記制御信号に応じて、現フレームのスライスの各々に対する候補量子化パラメータを決定する調整手段と、
    前記映像信号符号化装置で処理されている前記現フレームの前記スライスの前記現フレーム内での位置を表すスライス番号信号を発生する制御手段と、
    前記スライス番号信号が、前記現フレームの2番目のスライスが前記映像信号符号化装置で処理中であることを示す場合、前記候補量子化パラメータを格納する格納手段と、
    前記スライス番号信号が、前記現フレームの1番目のスライスが処理中であることを示す場合には、前記格納手段に既に格納されている前フレームの2番目のスライスに対する候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択すると共に、前記スライス番号信号が、前記現フレームの前記1番目のスライス以外のスライスが処理中であることを示す場合には、それらの各スライスに対する前記候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択する選択手段とを含むことを特徴とする量子化パラメータ決定装置。
  2. 複数のスライスよりなる複数のフレームを有する入力データを量子化し、符号化して、該符号化されたデータをバッファを通じて伝送する映像信号符号化装置に用いられる方法であって、前記入力データのスライスのフレーム内での位置と前記バッファの使用率を表す制御信号とに応じて、量子化ステップサイズを決定する量子化パラメータを発生する量子化パラメータ決定方法であって、
    前記制御信号に応じて、現フレームのスライスの各々に対する候補量子化パラメータを決定する第1過程と、
    前記映像信号符号化装置で処理されている前記現フレームの前記スライスの前記現フレーム内での位置を表すスライス番号信号を発生する第2過程と、
    前記スライス番号信号が、前記現フレームの2番目のスライスが前記映像信号符号化装置で処理中であることを示す場合、前記候補量子化パラメータを格納する第3過程と、
    前記スライス番号信号が、前記現フレームの1番目のスライスが処理中であることを示す場合には、既に格納されている前フレームの2番目のスライスに対する候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択すると共に、前記スライス番号信号が前記現フレームの前記1番目のスライス以外のスライスが処理中であることを示す場合には、前記第1過程で現フレームの各スライスに対し決定した前記候補量子化パラメータを量子化パラメータとして選択する第4過程とを含むことを特徴とする量子化パラメータ決定方法。
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