JP4264656B2 - 符号化装置及び方法、並びにプログラム及び記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、動画シーケンスを符号化する符号化装置及びその方法、並びにプログラム及び記録媒体に関する。

動画シーケンスをビットプレーン符号化方式に従って符号化する場合、一般的に用いられるレート制御方法として、符号化後に目標ビットレートとなるように符号化パスを切り捨てるトランケーションによるレート制御と、符号化前に与える量子化ステップサイズのみでレート制御を行うマルチループレート制御とが知られている。

前者の方法は、１回の符号化で正確なレート制御が可能であるため処理時間が短いという特徴がある。その反面、各フレームの符号量の配分が一定であるため、フレーム間の符号化難易度が異なる場合には画質のばらつきが大きくなり、画質が悪くなってしまう。一方、後者の方法は、各フレームの符号量の配分が可変であり、符号化難易度が高いフレームには多くの符号量を割り当て、符号化難易度が低いフレームには少ない符号量を割り当てることができるため、画質のばらつきが小さく、良好な画質が得られるという特徴がある。その反面、符号化前に量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を知ることはできないため、正確にレート制御を行うには全てのフレームを繰り返し符号化して最適な量子化ステップサイズをサーチする必要があり、処理時間が長くかかってしまう。

このように、何れの方法も一長一短であるが、例えばデジタルシネマのようなノンリニアで画質を追求する用途には、マルチループレート制御が好ましい。

ところで、マルチループレート制御における最適な量子化ステップサイズのサーチ方法としては、バイナリ・サーチ（二分木探索）が一般的である（特許文献１参照）。バイナリ・サーチは、ソートされているデータの中から目標値を探し出すアルゴリズムである。このバイナリ・サーチでは、サーチ範囲を中間点で２つに分けて目標値が何れの側に存在するかを判定し、目標値が存在する側の範囲を中間点で繰り返し２つに分けることにより、目標値を発見する。量子化ステップサイズと発生ビットレートとは量子化ステップサイズが大きくなるに従って発生ビットレートが減少する関係を有するため、ソートされているデータと見なすことができ、バイナリ・サーチを使用することができる。

バイナリ・サーチを用いて最適な量子化ステップサイズをサーチする手順を図１１のフローチャートを用いて説明する。ここでは、量子化ステップサイズのサーチ範囲の最大値をΔｍａｘ、最小値をΔｍｉｎ、量子化ステップサイズがΔであるときの発生ビットレートをＲ（Δ）、目標ビットレートをＲ、ループ打ち切りの判定に使用する閾値をＴｈとする。

先ずステップＳ２１において、サーチ範囲の最大値Δｍａｘと最小値Δｍｉｎとの平均値を量子化ステップサイズΔとし、ステップＳ２２において、動画シーケンスの全てのフレームを量子化ステップサイズΔで符号化し、発生ビットレートＲ（Δ）を求める。

続いてステップＳ２３において、目標ビットレートＲと発生ビットレートＲ（Δ）との差の絶対値が閾値Ｔｈ未満であるか否かを判別し、閾値Ｔｈ以上である場合には、ステップＳ２４において、目標ビットレートＲが発生ビットレートＲ（Δ）未満であるか否かを判別する。目標ビットレートＲが発生ビットレートＲ（Δ）未満である場合には、ステップＳ２５においてΔｍｉｎにΔをセットしてステップＳ２１に戻り、目標ビットレートＲが発生ビットレートＲ（Δ）以上である場合には、ステップＳ２６においてΔｍａｘにΔをセットしてステップＳ２１に戻る。

一方、ステップＳ２３において、目標ビットレートＲと発生ビットレートＲ（Δ）との差の絶対値が閾値Ｔｈ未満である場合には、処理を終了する。

特開平１０−１９１３４３号公報

このように、バイナリ・サーチを用いることにより、最適な量子化ステップサイズを確実に求めることができるが、実用レベルの精度でレート制御を行うためには、全てのフレームを５〜１０回程度符号化する必要があり、処理時間が長くなってしまう。そこで、最適な量子化ステップサイズをより高速にサーチする方法が望まれていた。

本発明は、このような従来の実情に鑑みて提案されたものであり、動画シーケンスを符号化する際に、最適な量子化ステップサイズを高速にサーチすることが可能な符号化装置及びその方法、並びにプログラム及び記録媒体を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明に係る符号化装置は、複数のフレームで構成された動画シーケンスを符号化する符号化装置であって、上記動画シーケンスの第１のスキップフレーム数毎のフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートと近似する量子化ステップサイズを求めるスキップバイナリ・サーチ手段と、上記スキップバイナリ・サーチ手段における量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を表す近似直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ補正手段と、上記量子化ステップサイズ補正手段により補正された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスを第２のスキップフレーム数毎に符号化する第１の符号化手段と、上記第１の符号化手段により発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ予測手段と、上記量子化ステップサイズ予測手段により予測された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスの全フレームを符号化する第２の符号化手段とを備える。

また、上述した目的を達成するために、本発明に係る符号化方法は、複数のフレームで構成された動画シーケンスを符号化する符号化方法であって、上記動画シーケンスの第１のスキップフレーム数毎のフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートと近似する量子化ステップサイズを求めるスキップバイナリ・サーチステップと、上記スキップバイナリ・サーチステップにおける量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を表す近似直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ補正ステップと、上記量子化ステップサイズ補正ステップ手段により補正された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスを第２のスキップフレーム数毎に符号化する第１の符号化ステップと、上記第１の符号化ステップにおいて発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ予測ステップと、上記量子化ステップサイズ予測ステップにおいて予測された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスの全フレームを符号化する第２の符号化ステップとを含む。

また、本発明に係るプログラムは、上述した符号化処理をコンピュータに実行させるものであり、本発明に係る記録媒体は、そのようなプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能なものである。

本発明に係る符号化装置及びその方法、並びにプログラム及び記録媒体によれば、動画シーケンスの符号化を量子化ステップサイズにより制御する際に、最適な量子化ステップサイズを高速にサーチすることが可能とされる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明を、動画シーケンスをビットプレーン符号化方式に従って符号化する符号化装置及びその方法に適用したものである。

（第１の実施の形態）
第１の実施の形態における符号化装置の概略構成を図１に示す。図１に示すように、符号化装置１は、スキップバイナリ・サーチ部１０と、量子化ステップサイズ補正部１１と、第１の符号化部１２と、量子化ステップサイズ予測部１３と、第２の符号化部１４とから構成されている。

スキップバイナリ・サーチ部１０は、（ｎ＋１）フレーム（Ｉｎ［０］〜Ｉｎ［ｎ］）からなる動画シーケンスと目標ビットレート（Ｒ［ｂｐｐ］）とを入力する。スキップバイナリ・サーチ部１０は、動画シーケンスのスキップフレーム数Ｍに基づくフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートＲと近似する量子化ステップサイズΔ_ｓｋｉｐを求める。なお、スキップフレーム数Ｍは、動画像シーケンスを何フレーム毎に符号化するかを表したものである。例えば、全フレーム数が２０フレームでＭ＝１０の場合、スキップバイナリ・サーチ部１０は、図２に示すように、図中斜線を付した２フレームのみを符号化してバイナリ・サーチを行う。これにより、バイナリ・サーチに要する処理時間を約１／Ｍに削減することができる。

スキップバイナリ・サーチ部１０の処理手順を図３のフローチャートを用いて説明する。ここでは、量子化ステップサイズのサーチ範囲の最大値をΔｍａｘ、最小値をΔｍｉｎ、量子化ステップサイズがΔ、且つスキップフレーム数Ｍ＝ｍであるときの発生ビットレートをＲ（Δ，ｍ）、目標ビットレートをＲ、ループ打ち切りの判定に使用する閾値をＴｈとする。なお、サーチ範囲は、量子化ステップサイズが通常取り得る十分に広い範囲とする。

先ずステップＳ１において、サーチ範囲の最大値Δｍａｘと最小値Δｍｉｎとの平均値を量子化ステップサイズΔとし、ステップＳ２において、動画シーケンスのＭ（＝ｍ［０］）フレーム毎のフレームを量子化ステップサイズΔで符号化し、発生ビットレートＲ（Δ，ｍ［０］）を求める。

ここで、ステップＳ２の詳細について図４のフローチャートを用いて説明する。

先ずステップＳ１１において、フレームインデクスｉ、符号化フレーム数インデクスｊ、及び発生ビットレートＲ（Δ，ｍ）を全て０に初期化し、ステップＳ１２において、ｉをＭで除算したときの剰余が０であるか否かを判別する。剰余が０である場合にはステップＳ１３に進み、剰余が０でない場合にはステップＳ１５に進む。

続いてステップＳ１３において、フレームＩｎ［ｉ］を量子化ステップサイズΔで符号化する。フレームＩｎ［ｉ］を量子化ステップサイズΔで符号化した際に発生する符号量をｒ（Δ，Ｍ，ｉ）とする。続いてステップＳ１４において、符号量ｒ（Δ，Ｍ，ｉ）を加算し、発生符号量ｒ_ａｌｌ（Δ，Ｍ）を求める。最終的には、符号化した全てのフレームの符号量ｒ（Δ，Ｍ，ｉ）を加算したものが、発生符号量ｒ_ａｌｌ（Δ，Ｍ）となる。また、ステップＳ１４では、ｊの値を１インクリメントする。

続いてステップＳ１５において、ｉの値を１インクリメントし、ステップＳ１６において、ｉの値がｎ以下であるか否かを判別する。ｉの値がｎ以下である場合にはステップＳ１２に戻り、ｉの値がｎよりも大きい場合にはステップＳ１７に進む。ステップＳ１７では、ステップＳ１４で求めた発生符号量ｒ_ａｌｌ（Δ，Ｍ）から発生ビットレートＲ（Δ，ｍ）［ｂｐｐ］を算出する。フレーム画像の水平サイズをＸｓｉｚｅとし、垂直サイズをＹｓｉｚｅとすると、発生ビットレートＲ（Δ，ｍ）は、以下の式（１）、
Ｒ（Δ，Ｍ）＝ｒ_ａｌｌ（Δ，Ｍ）／（Ｘｓｉｚｅ＊Ｙｓｉｚｅ＊ｊ） ・・・(1)
のように算出される。

図３に戻って、ステップＳ３において、目標ビットレートＲと発生ビットレートＲ（Δ，ｍ［０］）との差の絶対値が閾値Ｔｈ未満であるか否かを判別し、閾値Ｔｈ以上である場合には、ステップＳ４において、目標ビットレートＲが発生ビットレートＲ（Δ，ｍ［０］）未満であるか否かを判別する。目標ビットレートＲが発生ビットレートＲ（Δ，ｍ［０］）未満である場合には、ステップＳ５においてΔｍｉｎにΔをセットしてステップＳ７に進み、目標ビットレートＲが発生ビットレートＲ（Δ，ｍ［０］）以上である場合には、ステップＳ６においてΔｍａｘにΔをセットしてステップＳ７に進む。ステップＳ７では、Δ_ｌａｓｔ（＝Δ）とＲ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）とを記憶してステップＳ１に戻る。

一方、ステップＳ３において、目標ビットレートＲと発生ビットレートＲ（Δ，ｍ［０］）との差の絶対値が閾値Ｔｈ以上である場合には、ステップＳ８において、Δ_ｓｋｉｐ（＝Δ）とＲ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）とを記憶して処理を終了する。

スキップバイナリ・サーチ部１０は、得られた量子化ステップサイズΔ_ｓｋｉｐ及びそのときの発生ビットレートＲ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）と、直前のループでの量子化ステップサイズΔ_ｌａｓｔ及びそのときの発生ビットレートＲ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）とを、量子化ステップサイズ補正部１１及び量子化ステップサイズ予測部１３に供給する。

図１に戻って、量子化ステップサイズ補正部１１は、スキップバイナリ・サーチ部１０から供給されたΔ_ｓｋｉｐ、Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）とΔ_ｌａｓｔ、Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）とを用いて、量子化ステップサイズの微調整を行う。

スキップバイナリ・サーチを行った際の、量子化ステップサイズ（横軸）と発生ビットレート（縦軸）との関係の一例を図５に示す。この図５は、図３のループを９回繰り返して量子化ステップサイズΔ_ｓｋｉｐを求めた例を示すものである。図中の数字は量子化ステップサイズΔ_ｓｋｉｐに到達するまでに符号化を行った順番を示している。図５の四角で囲った部分を拡大して図６に示す。図６から分かるように、量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係は、狭い範囲で見れば直線近似できる。量子化ステップサイズ補正部１１は、この直線性を利用して量子化ステップサイズの補正を行う。

すなわち、量子化ステップサイズ補正部１１は、図７に示すように、スキップバイナリ・サーチの結果である点９（Δ_ｓｋｉｐ，Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］））と直前のループにおける点８（Δ_ｌａｓｔ，Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］））とを直線で結んで目標ビットレートＲとの交点を求め、交点の横軸の値を補正後の量子化ステップサイズΔ_ａとする。量子化ステップサイズ補正部１１は、量子化ステップサイズΔ_ａを第１の符号化部１２に供給する。

第１の符号化部１２は、量子化ステップサイズ補正部１１から供給された量子化ステップサイズΔ_ａで、動画シーケンスをスキップフレーム数ｍ［１］毎に符号化する。実際の処理手順は、図４のフローチャートと同様であるため、説明を省略する。

この第１の符号化部１２の目的は、スキップバイナリ・サーチ部１０よりも符号化フレーム数を多くする（スキップフレーム数Ｍを小さくする）ことで、量子化ステップサイズの推定精度を高めることである。したがって、スキップフレーム数ｍ［０］とｍ［１］との関係は、ｍ［０］＞ｍ［１］となる。

第１の符号化部１２は、発生ビットレートＲ（Δ_ａ，ｍ［１］）を量子化ステップサイズ予測部１３に供給する。

量子化ステップサイズ予測部１３は、スキップバイナリ・サーチ部１０から供給されたΔ_ｓｋｉｐ、Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）、Δ_ｌａｓｔ、Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）と、第１の符号化部１２から供給されたＲ（Δ_ａ，ｍ［１］）とを用いて、量子化ステップサイズの微調整を行う。この量子化ステップサイズ予測部１３においても、量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係が直線近似できることを利用する。

すなわち、量子化ステップサイズ予測部１３は、図８に示すように、点（Δ_ｓｋｉｐ，Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］））と点（Δ_ｌａｓｔ，Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］））とを結ぶ直線Ａと平行で且つ点（Δ_ａ，Ｒ（Δ_ａ，ｍ［１］））を通る直線Ｂを想定し、直線Ｂと目標ビットレートＲとの交点の横軸の値を、量子化ステップサイズΔ_ｅとする。量子化ステップサイズ予測部１３は、量子化ステップサイズΔ_ｅを第２の符号化部１４に供給する。

第２の符号化部１４は、量子化ステップサイズ予測部１３から供給された量子化ステップサイズΔ_ｅで、動画シーケンスを全フレーム符号化する。実際の処理手順は、図４のフローチャートにおいてＭ＝１とした場合と同様であるため、説明を省略する。第２の符号化部１４は、符号化により生成されたコードストリームを外部に出力する。

以上のように、第１の実施の形態における符号化装置１では、従来のように全てのフレームを繰り返し符号化して最適な量子化ステップサイズをサーチするのではなく、スキップフレーム数ｍ［０］毎のフレームを符号化して直線近似により量子化ステップサイズΔ_ａを求め、この量子化ステップサイズΔ_ａでスキップフレーム数ｍ［１］（＜ｍ［０］）毎のフレームを符号化して直線近似により量子化ステップサイズΔ_ｅを求める。これにより、符号化装置１では、最適な量子化ステップサイズをより高速にサーチすることができる。

（第２の実施の形態）
第１の実施の形態は処理手順がシンプルであり、レート制御が完了するまでの符号化フレーム数が、動画シーケンスに余り依存しない特徴がある。しかしながら、フレーム間の絵柄の変化が非常に激しい動画シーケンスでは、目標通りのレート制御が行えない場合がある。そこで、第２の実施の形態における符号化装置は、レート制御が困難な動画シーケンスであっても精度が保証できるように、目標ビットレートに到達するまでループを繰り返す。

第２の実施の形態における符号化装置の概略構成を図９に示す。図９に示すように、符号化装置２は、スキップバイナリ・サーチ部２０と、スキップフレーム数更新部２１と、量子化ステップサイズ補正部２２と、第１の符号化部２３と、第１のループ終了判別部２４と、量子化ステップサイズ予測部２５と、第２の符号化部２６と、第２のループ終了判別部２７とから構成されている。この図９では、データの流れを実線で示し、処理の流れを破線で示す。

スキップバイナリ・サーチ部２０は、上述したスキップバイナリ・サーチ部１０と同じ動作を行う。すなわち、（ｎ＋１）フレーム（Ｉｎ［０］〜Ｉｎ［ｎ］）からなる動画シーケンスと目標ビットレート（Ｒ［ｂｐｐ］）とを入力し、動画シーケンスのスキップフレーム数Ｍ（＝ｍ［０］）に基づくフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートＲと近似する量子化ステップサイズΔ_ｓｋｉｐを求める。スキップバイナリ・サーチ部２０は、得られた量子化ステップサイズΔ_ｓｋｉｐ及びそのときの発生ビットレートＲ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）と、直前のループでの量子化ステップサイズΔ_ｌａｓｔ及びそのときの発生ビットレートＲ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）とを、量子化ステップサイズ補正部２２及び量子化ステップサイズ予測部２５に供給する。

スキップフレーム数更新部２１は、スキップフレーム数Ｍをｍ［ｉ］からｍ［ｉ＋１］(ｉ＝０から開始する）に更新する。スキップフレーム数を段階的に小さくすることによって量子化ステップサイズの推定精度を高めるため、ｍ［ｉ］＞ｍ［ｉ＋１］の関係となる。但し、ｍ［ｉ］が最小値である１になった場合、ｍ［ｉ＋１］は１となる。ｍ［ｉ］は、例えばｍ［ｉ］＝｛１２０，４８，６，１，１，１，１・・・｝のようになる。

量子化ステップサイズ補正部２２は、量子化ステップサイズの微調整を行う。この量子化ステップサイズ補正部２２は、１回目のループ（ｉ＝１）では、上述した量子化ステップサイズ補正部１１と同様の動作を行う。すなわち、スキップバイナリ・サーチ部２０から供給されたΔ_ｓｋｉｐ、Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）、Δ_ｌａｓｔ、Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）を用いて直線近似することにより、量子化ステップサイズΔ_ａを算出する。一方、２回目以降のループ（ｉ≧２）では、補正方法は同じであるが、第１の符号化部２３から供給されたΔ_ａ、Ｒ（Δ_ａ，ｍ［ｉ−１］）（上述のΔ_ｌａｓｔ、Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）に相当）と、第２の符号化部２６から供給されたΔ_ｅ，Ｒ（Δ_ｅ，ｍ［ｉ−１］）（上述のΔ_ｓｋｉｐ，Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）に相当）とを用いて直線近似することにより、量子化ステップサイズΔ_ａを算出する。

第１の符号化部２３は、量子化ステップサイズ補正部２２から供給された量子化ステップサイズΔ_ａで、動画シーケンスをスキップフレーム数ｍ［ｉ］毎に符号化する。第１の符号化部２３は、発生ビットレートＲ（Δ_ａ，ｍ［ｉ］）を第１のループ終了判別部２４に供給する。

第１のループ終了判別部２４は、スキップフレーム数ｍ［ｉ］＝１で、且つ発生ビットレートＲ（Δ_ａ，ｍ［ｉ］）と目標ビットレートＲとの差の絶対値が閾値Ｔｈ未満であることを終了条件として、この終了条件を満たしているか否かを判別する。終了条件を満たしている場合、第１の符号化部２３で符号化されたコードストリームが外部に出力され、処理が完了となる。一方、終了条件を満たしていない場合、量子化ステップサイズ予測２５に進み、処理を続ける。

量子化ステップサイズ予測部２５は、量子化ステップサイズの微調整を行う。この量子化ステップサイズ予測部２５は、１回目のループ（ｉ＝１）では、上述した量子化ステップサイズ予測部１３と同様の動作を行う。すなわち、スキップバイナリ・サーチ部２０から供給されたΔ_ｓｋｉｐ、Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）、Δ_ｌａｓｔ、Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）と、第１の符号化部２３から供給されたＲ（Δ_ａ，ｍ［ｉ］）とを用いることにより、量子化ステップサイズΔ_ｅを算出する。一方、２回目以降のループ（ｉ≧２）では、補正方法は同じであるが、第１の符号化部２３から供給されたΔ_ａ、Ｒ（Δ_ａ，ｍ［ｉ−１］）（上述のΔ_ｌａｓｔ、Ｒ（Δ_ｌａｓｔ，ｍ［０］）に相当）と、第２の符号化部２６から供給されたΔ_ｅ，Ｒ（Δ_ｅ，ｍ［ｉ−１］）（上述のΔ_ｓｋｉｐ，Ｒ（Δ_ｓｋｉｐ，ｍ［０］）に相当）とを用いることにより、量子化ステップサイズΔ_ｅを算出する。

第２の符号化部２６は、量子化ステップサイズ予測部２５から供給された量子化ステップサイズΔ_ｅで、動画シーケンスをスキップフレーム数ｍ［ｉ］毎に符号化する。第２の符号化部２６は、発生ビットレートＲ（Δ_ｅ，ｍ［ｉ］）を第２のループ終了判別部２７に供給する。

第２のループ終了判別部２７は、スキップフレーム数ｍ［ｉ］＝１で、且つ発生ビットレートＲ（Δ_ｅ，ｍ［ｉ］）と目標ビットレートＲとの差の絶対値が閾値Ｔｈ未満であることを終了条件として、この終了条件を満たしているか否かを判別する。終了条件を満たしている場合、第２の符号化部２６で符号化されたコードストリームが外部に出力され、処理が完了となる。一方、終了条件を満たしていない場合、スキップフレーム数更新部２１に戻り、ループを繰り返す。

ｍ［ｉ］＝｛１２０，４８，６，１，１，１，１・・・｝とした場合、ごく一部の動画シーケンスを除くと、図１０に示す処理手順になることが殆どである。すなわち、動画シーケンスを１２０フレーム毎に符号化して量子化ステップサイズΔ_ａを求め、この量子化ステップサイズΔ_ａで動画シーケンスを４８フレーム毎に符号化して量子化ステップサイズΔ_ｅを求め、この量子化ステップサイズΔ_ｅで動画シーケンスを４８フレーム毎に符号化して量子化ステップサイズΔ_ａを求める。さらに、量子化ステップサイズΔ_ａで動画シーケンスを６フレーム毎に符号化して量子化ステップサイズΔ_ｅを求め、この量子化ステップサイズΔ_ｅで動画シーケンスを６フレーム毎に符号化して量子化ステップサイズΔ_ａを求める。最後に、この量子化ステップサイズΔ_ａで動画シーケンスを全フレーム符号化する。

以上のように、第２の実施の形態における符号化装置２では、第１のループ終了判別部２４又は第２のループ終了判別部２７において終了条件を満たすまでループを繰り返すため、符号化の精度が保証される。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。

例えば、上述した実施の形態では、動画シーケンスをビットプレーン符号化方式に従って符号化するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、全フレームについてフレーム内符号化を行うのであれば、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）方式等の他の画像符号化方式にも適用可能である。

また、上述した実施の形態における一連の処理は、ソフトウェアにより実行することもできる。この場合、そのソフトウェアを構成するプログラムをコンピュータの専用ハードウェアに予め組み込むようにしてもよく、また、各種プログラムをインストールすることで各種機能を実行することが可能な汎用のパーソナルコンピュータなどに対して、ネットワークや記録媒体を介してインストールするようにしてもよい。

第１の実施の形態における符号化装置の概略構成を示す図である。 同符号化装置内のスキップバイナリ・サーチ部におけるスキップフレーム数を説明する図である。 同スキップバイナリ・サーチ部の処理手順を説明するフローチャートである。 動画シーケンスのＭフレーム毎のフレームを量子化ステップサイズΔで符号化する手順を説明するフローチャートである。 スキップバイナリ・サーチを行った際の、量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係の一例を示す図である。 図５の四角で囲った部分を拡大して示す図である。 同符号化装置内の量子化ステップサイズ補正部で量子化ステップサイズを求める様子を示す図である。 同符号化装置内の量子化ステップサイズ予測部で量子化ステップサイズを求める様子を示す図である。 第２の実施の形態における符号化装置の概略構成を示す図である。 同符号化装置における一般的な処理手順を示す図である。 バイナリ・サーチを用いて最適な量子化ステップサイズをサーチする手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１，２ 符号化装置、１０ スキップバイナリ・サーチ部、１１ 量子化ステップサイズ補正部、１２ 第１の符号化部、１３ 量子化ステップサイズ予測部、１４ 第２の符号化部、２０ スキップバイナリ・サーチ部、２１ スキップフレーム数更新部、２２ 量子化ステップサイズ補正部、２３ 第１の符号化部、２４ 第１のループ終了判別部、２５ 量子化ステップサイズ予測部、２６ 第２の符号化部、２７ 第２のループ終了判別部

Claims (10)

1. 複数のフレームで構成された動画シーケンスを符号化する符号化装置であって、
   上記動画シーケンスの第１のスキップフレーム数毎のフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートと近似する量子化ステップサイズを求めるスキップバイナリ・サーチ手段と、
   上記スキップバイナリ・サーチ手段における量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を表す近似直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ補正手段と、
   上記量子化ステップサイズ補正手段により補正された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスを第２のスキップフレーム数毎に符号化する第１の符号化手段と、
   上記第１の符号化手段により発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ予測手段と、
   上記量子化ステップサイズ予測手段により予測された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスの全フレームを符号化する第２の符号化手段と
   を備える符号化装置。
2. 上記第２のスキップフレーム数は、上記第１のスキップフレーム数よりも小さい請求項１記載の符号化装置。
3. 上記量子化ステップサイズ予測手段は、上記量子化ステップサイズ補正手段により補正された量子化ステップサイズと当該量子化ステップサイズにより発生した発生ビットレートとで表される点を通る直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める請求項１記載の符号化装置。
4. 上記量子化ステップサイズ予測手段は、上記量子化ステップサイズ補正手段により補正された量子化ステップサイズと当該量子化ステップサイズにより発生した発生ビットレートとで表される点を通り、且つ上記近似直線と平行な直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める請求項３記載の符号化装置。
5. 上記第１のスキップフレーム数が１となるまで段階的に小さくなるように、上記第１のスキップフレーム数を、上記第２のスキップフレーム数として一段階更新するスキップフレーム数更新手段を
   更に備える請求項１に記載の符号化装置。
6. 上記第１のスキップフレーム数が１となっており、且つ上記第１の符号化手段により発生した発生ビットレートが目標ビットレートと近似することを第１の終了条件とし、該第１の終了条件を満たしているかを判別する第１のループ終了判別手段を更に備え、
   上記量子化ステップサイズ予測手段は、上記第１の終了条件を満たしていない場合に、上記第１の符号化手段により発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める
   請求項５に記載の符号化装置。
7. 上記第１のスキップフレーム数が１となっており、且つ上記第２の符号化手段により発生した発生ビットレートが目標ビットレートと近似することを第２の終了条件とし、該第２の終了条件を満たしているかを判別する第２のループ終了判別手段を更に備え、
   上記スキップフレーム数更新手段は、上記第２の終了条件を満たしていない場合に、上記第１のスキップフレーム数をさらに一段階更新する
   請求項５に記載の符号化装置。
8. 複数のフレームで構成された動画シーケンスを符号化する符号化方法であって、
   上記動画シーケンスの第１のスキップフレーム数毎のフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートと近似する量子化ステップサイズを求めるスキップバイナリ・サーチステップと、
   上記スキップバイナリ・サーチステップにおける量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を表す近似直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ補正ステップと、
   上記量子化ステップサイズ補正ステップ手段により補正された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスを第２のスキップフレーム数毎に符号化する第１の符号化ステップと、
   上記第１の符号化ステップにおいて発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ予測ステップと、
   上記量子化ステップサイズ予測ステップにおいて予測された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスの全フレームを符号化する第２の符号化ステップと
   を含む符号化方法。
9. 複数のフレームで構成された動画シーケンスを符号化する符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムであって、
   上記動画シーケンスの第１のスキップフレーム数毎のフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートと近似する量子化ステップサイズを求めるスキップバイナリ・サーチステップと、
   上記スキップバイナリ・サーチステップにおける量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を表す近似直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ補正ステップと、
   上記量子化ステップサイズ補正ステップにより補正された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスを第２のスキップフレーム数毎に符号化する第１の符号化ステップと、
   上記第１の符号化ステップにおいて発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ予測ステップと、
   上記量子化ステップサイズ予測ステップにおいて予測された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスの全フレームを符号化する第２の符号化ステップと
   を含む処理をコンピュータに実行させるプログラム。
10. 複数のフレームで構成された動画シーケンスを符号化する符号化処理をコンピュータに実行させるプログラムを記録した記録媒体であって、
    上記動画シーケンスの第１のスキップフレーム数毎のフレームを、バイナリ・サーチアルゴリズムに従って量子化ステップサイズを変更しながら符号化し、発生ビットレートが目標ビットレートと近似する量子化ステップサイズを求めるスキップバイナリ・サーチステップと、
    上記スキップバイナリ・サーチステップにおける量子化ステップサイズと発生ビットレートとの関係を表す近似直線を用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ補正ステップと、
    上記量子化ステップサイズ補正ステップにより補正された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスを第２のスキップフレーム数毎に符号化する第１の符号化ステップと、
    上記第１の符号化ステップにおいて発生した発生ビットレートを用いて、目標ビットレートとなる量子化ステップサイズを求める量子化ステップサイズ予測ステップと、
    上記量子化ステップサイズ予測ステップにおいて予測された量子化ステップサイズで上記動画シーケンスの全フレームを符号化する第２の符号化ステップと
    を含む処理をコンピュータに実行させるプログラムを記録した記録媒体。

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