JP4404975B2 - Ｍｐｅｇ２符号化用の前処理装置 - Google Patents

Ｍｐｅｇ２符号化用の前処理装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＭＰＥＧ２ビデオ標準に準拠して符号化されることが予定されているビデオ画像を前処理する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＰＥＧ２ビデオ標準に準拠した符号化を行うシステムは信号のビットレートを低下させるため信号の特性を使用する。
利用される符号化アルゴリズムは符号化されるべき画像の空間的冗長性及び時間的冗長性を利用して、画像をブロックで記述する。
【０００３】
空間的冗長性は、主として、離散コサイン変換と称され、ＤＣＴのように略記される演算、ＤＣＴの係数を量子化する演算、及び、ＤＣＴからの量子化された係数を記述する可変長符号化演算の三つの演算の系列により評価される。
時間的冗長性は、現在の画像の各ブロック毎に移動演算を使用して、基準画像内に在る最も類似したブロックを探索する動き補償動作によって解析される。時間的冗長性の解析には、通常動きベクトルと称される移動ベクトル場、並びに、現在の画像の信号と動き補償によって予測された画像の信号との間の差である予測誤差を決定することが含まれる。予測誤差は、次に、空間冗長性の原理に従って解析される。
【０００４】
ＭＰＥＧ２符号化は予測型の符号化である。従って、ＭＰＥＧ２符号化と関連した復号化処理は、あらゆる伝送誤り、又は、あるプログラムから別のプログラムへのデ符号化器の切替に起因した信号のブレークから信号を保護すべく定期的に再初期化されるべきである。
この目的のため、ＭＰＥＧ２標準は、周期的に画像が空間モード、即ち、空間的冗長性だけを利用するモードで符号化されるべきことを定める。空間モードで符号化された画像は、通常、イントラ画像又はＩ画像と称される。
【０００５】
時間的冗長性を利用することにより符号化された画像には２つのタイプがある。一方のタイプの画像は時間的に先行した画像を参照して作成され、もう一方のタイプの画像は時間的に先行した画像及び時間的に後続した画像を参照して作成される。
時間的に先行した画像を参照して作成された符号化画像は、一般的に予測画像又はＰ画像と称され、時間的に先行した画像及び時間的に後続した画像を参照して作成された画像は、一般的に双方向画像又はＢ画像と称される。
【０００６】
Ｉ画像はその画像自体だけを参照して復号化される。Ｐ画像は先行するＰ画像又はＩ画像を参照して符号化される。Ｂ画像は、先行するＩ又はＰ画像、及び、後続するＩ又はＰ画像を呼び出して復号化される。
Ｉ画像の周期性は、通常ＧＯＰと略記される画像のグループ（グループオブピクチャ）を定義する。
【０００７】
当業者に公知の如く、所定のＧＯＰの範囲内で、Ｉ画像に含まれるデータ量は、通常Ｐ画像に含まれるデータ量よりも多く、Ｐ画像に含まれるデータ量は一般的にＢ画像に含まれるデータ量よりも多い。
画像のタイプに依存したデータ量の間の格差を管理するため、ＭＰＥＧ２符号化器は、データビットレートをサーボ制御する装置を含む。
【０００８】
かかるサーボ制御装置は符号化データのフローを制御することが可能である。サーボ制御装置は、符号化データを記憶するバッファメモリを有し、バッファメモリの状態を所謂基準デ符号化器に対し二重にモデル化する。サーボ制御装置は、符号化器及び基準デ符号化器に収容されるデータの合計が一定になるように、バッファメモリから出るデータのビットレートを平滑化する。
【０００９】
かくして、画像のタイプ（Ｉ、Ｐ又はＢ）に依存して、サーボ制御装置は、Ｉ画像が平均ビットレートよりも高いビットレート（典型的に、平均ビットレートの３乃至６倍のビットレート）を発生し、Ｐ画像が平均ビットレート付近のビットレートを発生し、Ｂ画像が平均ビットレートよりも低いビットレート（典型的に、平均ビットレートの０．１乃至０．５倍に一致するビットレート）を発生することを実現させる。
【００１０】
従来技術によれば、Ｉ画像の符号化は２パスで行われる。Ｉ画像を符号化するため必要とされる量子化ステップを決定するため、比例則
Ｑｓｐ × Ｎｂｓｐ ＝ Ｑｐｐ × Ｎｂｐｐ
が適用される。Ｑｓｐは第２のパスの間にＩ画像を符号化するため適用される量子化ステップであり、Ｎｂｓｐは第２のパスの間にＩ画像を符号化するため供給されるビット数であり、Ｑｐｐは第１のパスの間にＩ画像を符号化するため適用される量子化ステップであり、Ｎｂｐｐは第１のパスの間にＩ画像を符号化することにより発生されるビット数である。
【００１１】
Ｐ画像又はＢ画像の符号化に関して、フロー制御は信号不変の仮定に従って動作する。この仮定によれば、Ｐ又はＢの各画像は、同じ値の量子化ステップに対し、同一タイプの先行した画像（Ｐ画像又はＢ画像）によって発生されたビット数と同数のビットを発生する。
信号のフレーム周波数が６０Ｈｚである場合に、符号化されるべきビデオ信号は冗長フレームを与える。ＭＰＥＧ２標準は、上記フレームを符号化しないで、上記フレームに対する複製命令を符号化器に伝達する可能性を設ける。冗長フレームを検出するため、連続したフレームの画素の間で輝度の差が測定される。かかる画素と画素の差の測定は、画像に含まれる動きの種類及び程度に関する情報を提供しない。即ち、ＧＯＰ内の画像のタイプ（Ｐ又はＢ）の分布は、一般的に、タイプＰの画像だけの出現頻度によって定まる。最も良い場合、画素と画素の間の差の測定は、ある種の状況で現れる可能性のあるシーンの変化を、ＧＯＰのサイズを調節することによって検出することができる。
【００１２】
しかし、上記のＩ画像、Ｐ画像又はＢ画像の符号化タイプには欠点がある。
ＧＯＰ中のＩ画像は情報量の点で最大のコストを備えた画像である。上記のバッファメモリは、この画像の非常に多量なビットレートを吸収する必要がある。従来技術の場合、Ｉ画像の符号化に続く最初の数画像中で信号のエントロピーが増大したときに、重大な状況の発生を回避するため、Ｉ画像のコストは、符号化器のバッファメモリが飽和すること、並びに、基準デ符号化器のバッファメモリが枯渇することが防止されるように制限される。このため、通常、符号化器のバッファメモリは６０乃至７０％以上に充たされないようにされる。この結果として、Ｉ画像の品質が制限される。
【００１３】
ＧＯＰのＩ画像はＧＯＰ中の他の全ての画像の符号化の際に参照されるので、Ｉ画像の品質の制限は必然的にＧＯＰの他の全ての画像の品質を制限する。
概略すると、例えば、ピクチャーショットの変更の際、より一般的に言うと、信号のエントロピー（ここで、信号のエントロピーは信号に含まれる固有の情報を意味する）の突然の変化の際に、符号化されるべき信号が実質的な変化を示すとき、画像の再生中に時間的な不安定性が生ずる。この時間的な不安定性は画像品質の低下として顕在化する。
【００１４】
また、当業者に公知のように、信号のエントロピーの著しい変化に対応する画像は、Ｉ画像又はＰ画像に対応した符号化のコストを上昇させる。上記の画像品質の低下とは無関係に、符号化システムは、エントロピーが著しく増大した画像に続く画像のビットレートを低下させるべく工夫される。
さらに、符号化ビデオ信号を他の同じタイプの信号と多重化させることが目的とされる場合、多重化の全体的なビットレートは種々の信号の間で分担されるべきである。この構成は、例えば、ビデオプログラムを衛星によって放送する場合に生ずる。この場合、多重化のビットレートは４０Ｍｂ／ｓに達するので、数本のプログラムを同時に転送することが可能である（例えば、４Ｍｂ／ｓずつの１０本のプログラム）。
【００１５】
ＭＰＥＧ２符号化から固定ビットレートで生ずるビデオプログラムは、復号化された後、復元された画像の品質に変化を示す。これは時間的なビデオ信号のエントロピーの可変性に由来し、この可変性はＤＣＴ係数の量子化レベルの変動として現れる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
ビデオプログラムと関連したビットレートの適当な割付によって、全てのビデオプログラムの品質の全体的な向上、及び／又は、放送されるプログラム数の増加が実現される。従来技術の場合に、指数ｋのＧＯＰの符号化の結果は、指数ｋ＋１のＧＯＰを符号化する際の期待困難性の予測として使用される。しかし、この解決法には以下の２つの欠点がある。
【００１７】
１．ビデオ信号の内容が広範囲に変化する場合、指数ｋのＧＯＰの符号化の結果は、指数ｋ＋１のＧＯＰの符号化の結果とは顕著に相違する。
２．指数ｋ＋１のＧＯＰは、最適化の理由のため、指数ｋのＧＯＰに対し、著しい構造的な変化（ＧＯＰのサイズ並びにＧＯＰ内のＢ画像及びＰ画像の分布の変化）が加えられる場合がある。
【００１８】
本発明は、上記の欠点を解決するため、符号化されるべき各ＧＯＰ毎に、そのＧＯＰのため採用された構造に従う符号化のコストを予測する前処理装置の提供を目的とする。この予測はビットレート割付器によって直ちに利用される。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、各グループの最初の画像が空間モードで符号化された画像である符号化画像の連続的なグループ（ＧＯＰ）の形式に構造化されるべき画像を前処理する装置である。前処理装置は、画像のグループを構成するための全ての画像を格納し得る画像メモリと、上記画像メモリを読み、読まれた画像毎に、冗長フレームキュー、画像が符号化される際に準拠すべきタイプ（Ｉ、Ｐ、Ｂ）を与えるキュー、及び、画像の複雑さを測定するキューを含み、画像のグループ（ＧＯＰ）を構成する画像の全体に対し、上記グループ中の種々の画像の複雑さの集計値を測定するキューを含むコマンドを計算し得る解析回路とからなる。
【００２０】
本発明は、また、画像を符号化する処理回路により構成され、ＭＰＥＧ２ビデオ標準に準拠した画像符号化装置である。この画像符号化装置は、上記の本発明による前処理装置のような装置を含む。
また、本発明は、ＭＰＥＧ２標準に準拠したｎ台の符号化装置と、ビットレート割付手段と、同じ放送チャネルを共用するため種々の上記符号化装置から生ずるビデオデータを割り付けるマルチプレクサとからなるビデオデータ動的ビットレート割付システムである。動的ビットレート割付システムは、上記本発明による前処理装置から生ずる処理回路コマンドを発生させるため使用されるキューがビットレート割付手段に与えられている上記本発明による画像符号化装置のような少なくとも１台の符号化装置により構成される。
【００２１】
本発明による前処理装置は、適応的な形態でＧＯＰの境界を画成し、ＧＯＰに含まれる種々の画像のタイプ（Ｉ、Ｐ又はＢ）を考えられる最良の形態で分布させ、ＧＯＰの各画像毎に（空間的及び時間的）符号化のコストの予測を得ることができる点で有利である。
既に説明した通り、６０Ｈｚで動作するソースから生ずる画像は冗長フレームを含む。本発明の利点は、ＧＯＰに含まれる冗長フレームの数を正確に見つけ、上記冗長フレームの符号化を回避し得ることである。この結果として、全体として、符号化されるべき画像を表現するデータのビットレートを割り付けるための選りすぐれた戦略が得られる。
【００２２】
本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照して以下の好ましい実施例の説明を読むことにより明らかになる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明による前処理装置を使用する符号化システムが概略的に示されている。符号化システムは、本発明による前処理装置１と、ＭＰＥＧ２符号化器２とからなる。前処理装置１は画像メモリ３及び画像解析装置４からなる。符号化器２は処理回路ブロック６及びマイクロプロセッサ５からなる。
【００２４】
図１において、前処理装置１はＭＰＥＧ２符号化器２の外付け回路ブロックである。しかし、本発明は、前処理装置１がＭＰＥＧ２符号化器２に内蔵されている場合も考慮している。その場合、前処理装置１と処理回路ブロック６は全く同一の回路ブロックを構成する。
前処理装置１の入力信号Ｓ１は、ＣＣＩＲ６０１規格に準拠してフォーマット化されたディジタル画像により構成される。信号Ｓ１は画像メモリ３の入力に供給され、画像メモリ３から画像解析装置４に送られる。画像解析装置４は、信号Ｓ１を構成する種々の画像の空間的及び時間的複雑さの測定、並びに、シーンの変化及び冗長フレームの検出の測定を行うことができる。
【００２５】
本発明によれば、画像解析装置４によって行われた測定は、マイクロプロセッサ５に供給されるキューＩＮＦ１を構成し得る。キューＩＮＦ１を計算するため必要とされる遅延は画像を格納する画像メモリ３によって加えられる。解析が行われた後、メモリ３に格納された画像は符号化器２の処理回路ブロック６に送られる。
【００２６】
画像の空間的複雑さは、画像に含まれる情報量を測定することによって評価される。画像の時間的複雑さは、当該画像と時間的に先行する参照画像の画素間（ピクセル・ツー・ピクセル）の差によって形成された画像に含まれる情報量を測定することによって得られる。好ましくは、時間的に先行した参照画像は、現在の画像を再生する動き補償された画像、即ち、予測（された）画像である。
【００２７】
本発明による空間的複雑さ及び時間的複雑さの測定は、処理された画像のシーケンスを符号化する難度のレベルを的確に決定し得る点が有利である。
シーンの変化及び冗長フレームの検出は、同じパリティの連続した２フレームに格納された同一座標を有する画素間で輝度の差を調べることにより行える。同じパリティの連続した２フレームの間に強い類似度が認められる場合、２番目のフレームは冗長であると認定される。逆に同一パリティの連続した２フレームの間にある非常に大きい不一致度は、シーンの変化を示している。
【００２８】
上記の種々の測定は、画像解析装置４から発生し、マイクロプロセッサ５に送られるキューＩＮＦ１を作成することが可能である。上記キューの中から、制限の無い形態で、画像を符号化する際に準拠されるべきタイプ（Ｉ、Ｐ又はＢ）、画像内の冗長フレームの有無、タイプＩの画像として符号化されることを要求する画像の空間的複雑さ、タイプＰ又はＢの画像として符号化されることを要求する画像の時間的複雑さ、並びに、ＧＯＰ全体の集計複雑さが現れる。ＧＯＰ全体での複雑さの集計とは、全く同一のＧＯＰの全ての画像に関係する複雑さキューを導出することができる測定を意味することに注意する必要がある。例えば、ＧＯＰの集計複雑さは、この例に限定されるわけではないが、
ＸG ＝ＫI ×ＸI ＋ΣBGOP ＫB ×ＸB ＋ΣPGOP ＫP ×ＸP
のような加重和ＸG でもよい。但し、
ＸI 、ＸP 、ＸB はＧＯＰに含まれる夫々のタイプＩ、Ｐ及びＢの画像に関係した複雑さを表し、
ＫI 、ＫP 、ＫB は夫々のタイプＩ、Ｐ及びＢの画像に関係した変化しない係数を表し、
ΣBGOPはＧＯＰに含まれるタイプＢの全画像の合計であり、
ΣPGOPはＧＯＰに含まれるタイプＰの全画像の合計である。
【００２９】
キューＩＮＦ１の内容は、マイクロプロセッサ５から送出され、画像解析装置４に供給されるコンフィギュレーションコマンドＣＯＮＦ１により条件付けられる。コマンドＣＯＮＦ１は、ＭＰＥＧ２符号化器のあるパラメータのコンフィギュレーション状態を表わす。
マイクロプロセッサ５は、処理回路ブロック６に収容された種々の処理回路の制御を行う前処理及び調節アルゴリズムを利用する。
【００３０】
当業者に公知の如く、処理回路ブロック６に収容された処理回路は、特に、水平及び垂直方向フィルタリング用装置と、画像再配置用装置と、動き補償器と、符号決定ブロックと、離散コサイン変換から送出された係数を量子化する回路と、可変長符号化器と、上記サーボ制御装置のバッファメモリとからなる。
本発明の好ましい実施例によれば、調節アルゴリズムのパラメータとして使用されるキューＩＮＦ１は、マイクロプロセッサ５から送出され、処理回路ブロック６に供給される種々のコマンドＣＭ、ＣＦ、ＣＴ、ＣＱ及びＣＨを発生させるため寄与する。
【００３１】
コマンドＣＭはＤＣＴ係数を量子化することにより符号化するブロックに供給される。コマンドＣＭは、ＭＰＥＧ２ビデオ標準に準拠したイントラ量子化マトリクス及びインタ量子化マトリクスを構成する２組の６４個の係数の値を定義することが可能である。コマンドＣＭは、好ましくは、ビットレートセットポイントＤと相関して符号化されるべきＧＯＰ全体の集計複雑さに関係したキューから得られる。
【００３２】
コマンドＣＦは水平及び垂直方向フィルタリング装置に供給されるコマンドである。コマンドＣＦは画像の解像度を定義し得る。従って、例えば、１ライン当たりに７２０、５４４、４８０又は３５２個の画素を含む画像解像度を選択することができる。コマンドＣＦは、好ましくは、同一キューを用いてコマンドＣＭと併せて発生される。
【００３３】
コマンドＣＴは画像を再配置する装置に供給されるコマンドである。コマンドＣＴは、キューＩＮＦ１に含まれる画像タイプ（Ｉ、Ｐ又はＢ）を通じてＧＯＰの構成を定義することができる。コマンドＣＴは、符号化ブロックが符号化すべき画像タイプ（Ｉ、Ｐ又はＢ）が分かっている必要がある符号化決定ブロックに供給される。
【００３４】
コマンドＣＱは、離散コサイン変換から得られる係数を量子化する回路に供給される。コマンドＣＱはマイクロプロセッサ５に供給されたセットポイントビットレートＤに従うように量子化回路によって行われる量子化のステップを変更することができる。キューＩＮＦ１に収容された複雑さの測定及び冗長フレームキューは、コマンドＣＱに含まれるキューを作成するため役立つ。
【００３５】
コマンドＣＨはサーボ制御装置のバッファメモリに供給されるコマンドである。コマンドＣＨは、各ＧＯＰ毎に、ＧＯＰ内の各画像に関してヘッダを定義することができる。
種々のコマンドＣＭ、ＣＦ、ＣＴ及びＣＱは、処理回路ブロック６の処理回路によって利用される符号化戦略を適応させる得る点が有利である。
【００３６】
例えば、先見的に１２画像以上に定義されたＧＯＰのサイズに対し、解析装置４は符号化演算が始まる前に１８画像に関して動作する。この１８画像はランクｋのＧＯＰを調節することが許容される最大サイズを表わす。当業者に公知の如く、ＧＯＰのサイズは、復号化器が受信したＭＰＥＧ２ストリームの復号化を開始するため要求する時間遅れを直接的に条件付ける。かくして、ＧＯＰの最大サイズは、復号化器が最初の画像を表示するまでユーザによって許容される遅れにより制限される。ＧＯＰの公称サイズである１２画像は、一般的に、例えば、ＰＡＬ／６２５ライン／５０Ｈｚフォーマットにおけるビデオパラメータの衛星分布のため使用される。この場合、画像は４０ｍｓ持続し、復号化器ロックオン遅れは４０ｍｓの１２倍、即ち、４８０ｍｓに達する。
【００３７】
本発明によれば、ランクｋ＋１の予測ＧＯＰ中の画像１乃至６のうちのいずれかに強い時間的不連続性が生じた場合、前処理装置は、ランクｋ＋１のＧＯＰの最初の画像を、この不連続性に時間的に後続する最初の画像上に配置するため、ランクｋのＧＯＰを延長する。反対に、強い時間的不連続性がランクｋのＧＯＰの画像７乃至１２のうちのいずれかで生じた場合、前処理装置は、ランクｋ＋１のＧＯＰの最初の画像を、この不連続性に時間的に後続する最初の画像上に配置するため、ランクｋのＧＯＰを短縮する。
【００３８】
上記の条件下で画像の時間的な不連続性が発生しない場合、ランクｋのＧＯＰは境界を変更することなく、即ち、上記の例では、１２画像を具備した構造に基づいて作成される。
当業者に公知の如く、ＭＰＥＧ２ビデオ標準によれば、画像を表現する符号化データのビットレートはセットポイントＤに従う必要がある。調節アルゴリズムは、コマンドＣＱに基づいて作用することにより或るＧＯＰから次のＧＯＰの間で符号化されたデータ量を値Ｄに調節しなければならない。
【００３９】
本発明によれば、キューＩＮＦ１は全く同一のＧＯＰ内で符号化されたデータの分布を最適化することが可能である。これにより、ＧＯＰを構成する画像の組を符号化するため使用される量子化値の選択の有効性が増加し、認知される画像の品質が向上する。
図２には、本発明による前処理装置の第１の実施例が詳細に示されている。図２に示された装置は、ＦＩＦＯ（先入れ先出し）タイプの２個の画像メモリ７及び８と、冗長フレーム及びシーン変化検出モジュール９と、時間的複雑さの解析モジュール１０と、空間的複雑さの解析装置１１と、ＧＯＰ構造割付モジュール１２とからなる。
【００４０】
画像メモリ７及び８は直列に配置され、図１に示された画像メモリ３を構成する。
信号Ｓ１は、画像メモリ７と、冗長フレーム及びシーン変化検出モジュール９に並列に入る。モジュール９から送出されたＣＴＲ信号はモジュール１２に伝達される。画像メモリ７の容量は、ＧＯＰに許容された最大サイズを表わすＮｍａｘと、ＧＯＰに割り当てるべきであるとの要求に応じて先見的に定められたＧＯＰの公称サイズを表わすＮｎｏｍとの間の差に対応する。
【００４１】
好ましくは、ＧＯＰを構成する画像の組に関連したキューＩＮＦ１の送信が画像の組の中の最初の画像がメモリ８から出る時点で一番最後に始まるように、画像メモリ８は画像メモリ７から出力される画像を最大許容可能サイズＮｍａｘと一致する深さずつ遅延させる。
画像メモリ７から出る画像は、空間的複雑さの解析装置１１の入力に供給される。解析装置１１は、以下の連続的な演算：（１）画像の８×８画素のマトリクスブロックへの切り分け、（２）各ブロックに関するＤＣＴ変換、及び、（３）量子化された係数の可変長符号化を実施する手段により構成されている。ＧＯＰ構造割付モジュール１２から得られるコマンドＣＴＲＬ１の作用に基づいて、解析装置１１は、解析される画像のビット数に関するコストを表わすキューＣＳ１を画像毎に生成する。
【００４２】
時間的複雑さの解析モジュール１０は、画像メモリ１３と、動き補償装置１４と、差分器１５と、時間的複雑さの解析装置１６とからなる。本発明によれば、差分器１５から得られる画像の差は、時間的複雑さの解析装置１６の入力に供給される。この画像の差は、差分器１５の＋側の正入力に与えられる現在の画像と、動き補償装置１４から出力され差分器１５の−側の負入力に与えられる参照画像との間の画素毎（ピクセル・ツー・ピクセル）の不一致により構成される。
【００４３】
動き補償装置１４から得られる参照画像は、現在の画像と画像メモリ１３に記憶された画像とから作成される予測画像である。画像メモリ１３に記憶された画像は、タイプＰ又はタイプＩの画像として符号化されるべきであるとしてＧＯＰ構造割付モジュール１２によって計算された最後の画像である。予測画像は、ＧＯＰ構造割付モジュール１２から得られたコマンドＣＴＲＬ３の作用に基づいて画像メモリ１３に入れられる。動き補償装置１４は、選択次第で、画素レベルでベクトル場を送出し、又は、８画素×８画素のブロック全体で動きベクトルを探索する。
【００４４】
時間的複雑さの解析装置１６は、（１）画像差の８×８画素からなるマトリクスブロックへの切り分け、（２）各ブロックに関するＤＣＴ変換、（３）ＤＣＴから得られる係数の量子化、及び、（４）量子化された係数の可変長符号化からなる連続的な演算を実行する。ＧＯＰ構造割付モジュール１２から供給されるコマンドＣＴＲＬ２の作用に基づいて、時間的複雑さの解析装置１６は、画像の解析された差毎に、解析された画像差のビット数に関するコストを表わすキューＣＴ１を発生させる。
【００４５】
ＧＯＰ構造割付モジュール１２の出力側では、３種類のキュー（ＰＤＦ、ＴＹＰＩ、ＣＸＩ）が画像周波数で与えられる。１個のキューＰＤＦは現在の画像に冗長フレームが存在することを示し、１個のキューＴＹＰＩは現在の画像を符号化する際に準拠されるべきタイプ（Ｉ、Ｐ又はＢ）を与え、１個のキューＣＸＩは現在の画像の複雑さ（タイプＩの画像に対する空間的複雑さ又はタイプＰ若しくはＢお画像に対する時間的複雑さ）を測定する。
【００４６】
空間的複雑さの測定値及び時間的複雑さの測定値はＧＯＰ構造割付モジュール１２によって計算される。空間的複雑さの測定値は、空間的複雑さの解析装置１１で行われた量子化演算のステップをコストＣＳ１倍した積と一致する。時間的複雑さの測定値は、時間的複雑さの解析装置１６で行われた量子化演算のステップをコストＣＴ１倍した積と一致する。
【００４７】
本発明の好ましい実施例によれば、３種類のキューＰＤＦ、ＴＹＰＩ及びＣＸＩは、従来の手段を用いてメモリ８から与えられる信号Ｓ２と同期させられる。ＧＯＰ構造割付モジュール１２は、ＧＯＰを構成する種々の画像の複雑さの集計値を測定する機能を有する４番目のキューＣＸＧを発生する。本発明の好ましい実施例によれば、キューＣＸＧは、ＧＯＰの最初の画像に対応するキューＣＸＩと同期する。
【００４８】
キューＰＤＦ、ＴＹＰＩ、ＣＸＩ及びＣＸＧの組はコマンド信号ＩＮＦ１を構成する。
図２に示された本発明の実施例によれば、参照画像は動き評価器（動き評価装置）１４から与えられる予測画像である。しかし、本発明は、時間的複雑さの解析モジュール１０に動き評価器が含まれず、参照画像がメモリ１３から出力される画像そのものである場合も考慮する。
【００４９】
図３には、本発明による前処理装置で実行されるアルゴリズムを状態図の形式で詳細に表わすフローチャートである。図３に示されたアルゴリズムは、ＧＯＰ構造割付モジュール１２によって使用される。
図３に示されたフローチャートでは、上方から下方に時間が経過する。このアルゴリズムは、モジュール１２の入力に新しい画像が到達すると共に実行される（スタートの状態Ｅ１と、継続的な状態Ｅ１０）。初期化ステップ（状態Ｅ２）は、モジュール１２の演算に関係するパラメータを設定することができる。パラメータの中には、例えば、シーンの変化の無いＧＯＰの公称サイズＮｎｏｍ、タイプＢの許容可能な連続画像の最大数Ｍｍａｘ、及び、時間的複雑さと空間的複雑さとの間の比較の閾値ＮＳが含まれる。初期化後に、これらのパラメータは各画像毎に更新される（状態Ｅ１０）。
【００５０】
図３に示されたパラメータＮ、Ｍ及びＴＹＰＩは、空間的複雑さの解析装置１１及び時間的複雑さの解析装置１６によって処理される画像に関係し、夫々、現在構成されているＧＯＰ内で既に識別された画像の総数、現在構成されているＧＯＰ内で既に識別された連続画像Ｂの個数、及び、解析されている画像のタイプを表わす。初期化時に、パラメータＮ、Ｍ及びＴＹＰＩは値Ｎ＝０、Ｍ＝０、ＴＹＰＩ＝未定義のようにセットされる。
【００５１】
空間的複雑さの測定値Ｘｓ及び時間的複雑さの測定値Ｘｔは、夫々、空間的複雑さの解析装置１１及び時間的複雑さの解析装置１６から送出されるコストＣＳ１及びＣＴ１から得られる。本発明によれば、時間的複雑さは空間的複雑さ程大きくなり得ないと考えられるので、時間的複雑さの空間的複雑さに対する比は、０乃至１の値を取る。
【００５２】
パラメータＴＹＰＩの値を計算するため３通りの選択肢がある。第１の計算法は、パラメータＮが値Ｎｎｏｍを超え、かつ、シーン又はカットの変化がメモリ７に格納された画像で検出されなかったとき（状態Ｅ３が偽、状態Ｅ４は真のとき）、又は、シーンの変化がメモリ７から出力される現在の画像で検出されたとき（状態Ｅ３及び状態Ｅ１７が真のとき）に行われる。この第１の場合に、パラメータＴＹＰＩはタイプＩを取り（状態Ｅ１５）、集計複雑さＣＸＧは、終了した直後のＧＯＰの最初の画像と同期してキューＩＮＦ１に表現されるべく零にリセットされる前に記憶される。パラメータＭ及びＮは次に再初期化され（状態Ｅ１６）、動き評価器１４によって利用された参照画像を格納するメモリ１３には現在の画像がロードされる（状態Ｅ１４）。
【００５３】
状態Ｅ３及び状態Ｅ４に関係する条件が充たされないとき、２種類の新しいテストが行われる。最初のテストは、タイプＢの連続的な画像の数が最大許容叶内を超えたか否かを検査し（状態Ｅ５）、次のテストは、空間的複雑さの解析装置１１及び時間的複雑さの解析装置１６から送出されるコストＣＳ１及びＣＴ１に基づいて空間的複雑さの値（Ｘｓ）と時間的複雑さの値（Ｘｔ）を予め計算し（状態Ｅ６）、計算された値Ｘｓ及びＸｔを比較する。このテストは、時間的複雑さＸｔと空間的複雑さＸｓの間の比が閾値ＮＳを超えるか否かを検査する（状態Ｅ７）。状態Ｅ５又は状態Ｅ７の一方が充たされるならば、パラメータＴＹＰＩは値Ｐを取り（状態Ｅ１２）、動き評価器１４によって利用された参照画像を格納するメモリ１３には現在の画像がロードされる（状態Ｅ１１）。選択次第で、パラメータは零にリセットされ、パラメータＮは１画像ずつインクリメントされる（状態Ｅ１３）。
【００５４】
状態Ｅ５及びＥ７に関係するテストの結果が真ではない場合、３番目の特殊なケースが生じ、パラメータＴＹＰＩは値Ｂを取る（状態Ｅ８）。この場合、パラメータＭ及びＮは１画像ずつインクリメントされる（状態Ｅ９）。
処理された各画像に対し、推移状態Ｅ１０において、画像がタイプＰ又はＢであると決められた場合、画像複雑さキューＣＸＩは値Ｘｓに比例した値を取る。画像のタイプに従う比例則は、コンフィギュレーションパラメータＣＯＮＦ１に定義される。集計複雑さの値ＣＸＧは現在の値ＣＸＩを加算することにより更新される。
【００５５】
図４には、本発明の第２の実施例による前処理装置の詳細な構成が示されている。図４に示された前処理装置は、図２に示されたブロックと同様の画像メモリ７及び８と、冗長フレーム及びシーン変化検出モジュール９と、時間的複雑さの解析モジュール１０と、空間的複雑さの解析装置１１と、ＧＯＰ構造割付モジュール１２とからなる。これらのブロックに加えて、本例の前処理装置は、ノイズレベル測定装置１７と、ノイズ除去器１８とを含む。冗長フレーム及びシーン変化検出モジュール９と並列に配置されたノイズレベル測定装置１７は、信号Ｓ１が入力に供給される。ノイズ除去器１８の入力はメモリ７の出力に接続され、ノイズ除去器１８の出力は、時間的複雑さの解析モジュール１０、空間的複雑さの解析装置１１及び画像メモリ８の入力に接続される。
【００５６】
ノイズレベル測定装置１７は、本質的に知られた方法で、一般的に簡単に“ノイズフロア”と称される信号Ｓ１を構成する画像のフロアビデオノイズレベルを測定することが可能である。装置１７から得られるノイズレベル測定値ＮＢは、冗長フレーム及びシーン変化キューＣＴＲと同様に、ＧＯＰ構造割付モジュール１２に伝達される。一方、ＧＯＰ構造割付モジュール１２はコマンドＣＢを介してノイズ圧縮器１８を駆動する。このコマンドＣＢは、特に、ノイズフィルタの活性化又は不活性化を制御する。
【００５７】
ノイズ圧縮器は、本質的に知られた方法で、メジアン型又は再帰型の空間−時間フィルタリング技術を使用する。また、本例の前処理装置は、動いている対象物を表現するデータに関して実行されたフィルタリングの効果を高めるべく動き補償装置１４のような動き補償装置を更に有する。
ノイズレベル測定装置１７から得られるノイズレベルＮＢは、ＧＯＰ構造割付モジュール１２によって、キューのグループＩＮＦ２を形成するため、キューＰＤＦ、ＴＹＰＩ、ＣＸＩ及びＣＸＧに加えられる。
【００５８】
画像メモリ７は、キューＩＮＦ２を信号Ｓ２を構成する画像と同期した状態に維持するように、ノイズ除去器１８によって生じた遅延が加えられる。本発明の好ましい実施例によれば、ノイズ除去器１８は３フレームの更なる遅れを生じさせる。
【００５９】
【実施例】
図５には、本発明による前処理装置の組を用いるＭＰＥＧ２符号化用の動的ビットレート割付システムが示されている。本システムは、ｎ台の画像源Ｓ１１，Ｓ１２，．．．，Ｓ１ｊ，．．．，Ｓ１ｎと、本発明によるｎ台の前処理装置Ｐ１，Ｐ２，．．．，Ｐｊ，．．．，Ｐｎと、ｎ台のＭＰＥＧ２符号化器Ｃ１，Ｃ２，．．，Ｃｊ，．．．，Ｃｎと、ビットレート割付手段ＯＤと、種々の画像源に同一放送チャネルＫを共用させるマルチプレクサＭＸとからなる。図１に示される如く、前処理装置Ｐｊから得られるビデオ信号Ｓ２ｊ（ｊ＝１，２，．．．，ｎ）は符号化器Ｃｊに伝達され、符号化器Ｃｊから出力されるコマンドＣＯＮＦｊは前処理装置Ｐｊに供給される。
【００６０】
従来技術によれば、即ち、本システムが本発明による前処理装置を全く含まない場合に、ビットレート割付手段ＯＤは、符号化されるべき画像の複雑さに比例したビットレートを各符号化器に割り付け、同時に各時点でビットレートの合計がチャネルによって許容されるビットレートを超えないことを保証する。当業者に公知の如く、決定手段によって符号化器に送られたビットレートは、決定手段と符号化器との間に必要な交換に起因したある種の遅れを伴って供給される。
【００６１】
特に、ショットの変化の後、ビットレート必要条件は非常に大きくなることが明らかであり、一方、符号化器は、数画像分の遅延を伴ってこの必要条件に対応するセットポイントを受ける。予測符号化は、ショットの変化を表現する画像の後に続く画像の劣化を生じさせる。
しかし、本発明による動的ビットレート割付システムはこのような欠点がない。本発明によれば、各ＭＰＥＧ２符号化器Ｃｊ（ｊ＝１，２，．．．，ｎ）には、図２又は図４に示されているような１台の前処理装置Ｐｊが前置されている。ビットレート割付手段ＯＤに種々のビットレートセットポイントＤｊを発生させるキューは、図２に示された前処理装置の場合にはキューＩＮＦ１であり、図４に示された前処理装置の場合にはキューＩＮＦ２である。
【００６２】
図５において、キューＩＮＦ１又はＩＮＦ２は、ｊ番目の前処理装置Ｐｊに対して一般的にＣＰＸｊとして示されている。
キューＣＰＸｊの作用の下で、ビットレート割付手段ＯＤは、上記の遅延を伴うことなくビットレートセットポイントＤｊを発生し得る点が有利である。また、ビットレート割付手段ＯＤによって発生されたビットレートは、前処理装置のＧＯＰ構造の選択に応じている。これにより、伝送チャネルの全体に亘ってより優れたビットレートの配分が得られる。
【００６３】
本発明によるビットレート割付システムは、特に、直接衛星放送の分野における数台のソースを符号化するアプリケーションにおいて有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による前処理装置を使用する符号化システムの概略図である。
【図２】本発明の第１の実施例による前処理装置の詳細な構成図である。
【図３】本発明による前処理装置で利用される基本アルゴリズムの状態図である。
【図４】本発明の第２の実施例による前処理装置の詳細な構成図である。
【図５】本発明による前処理装置の組を使用してＭＰＥＧ２符号化を行う動的ビットレート割付システムの構成図である。
【符号の説明】
１ 前処理装置
２ 符号化器
３，７，８．１３ 画像メモリ
４ 画像解析装置
５ マイクロプロセッサ
６ 処理回路ブロック
９ 冗長フレーム及びシーン変化検出モジュール
１０ 時間的複雑さの解析モジュール
１１ 空間的複雑さの解析装置
１２ ＧＯＰ構造割付モジュール
１４ 動き補償装置
１５ 差分器
１６ 時間的複雑さの解析装置

Claims (8)

  1. 各グループの最初の画像が空間モードで符号化された画像により構成されている符号化画像の連続的なグループ（ＧＯＰ）の形に構造化されるべき画像を前処理する装置であって、
    画像のグループ（ＧＯＰ）を構成するための全画像を記憶し得る画像メモリと、
    上記画像メモリを読み、読み出された各画像毎に、
    ・冗長フレームキュー（ＰＤＦ）、
    ・画像が符号化される際に準拠するタイプ（Ｉ，Ｐ，Ｂ）を与えるキュー（ＴＹＰＩ）、
    ・画像の複雑さを測定するキュー（ＣＸＩ）を、
    及び、画像のグループ（ＧＯＰ）を構成する全画像に対し、
    ・上記グループの種々の画像の複雑さの集計値を測定するキューを含むコマンド（ＩＮＦ１）を計算し得る解析回路とを有しており、
    前記コマンド（ＩＮＦ１）を計算する手段が、
    −・読み出された現在の各画像の空間モードの符号化のコスト（ＣＳ１）、
    ・読み出された現在の各画像の時間モードの符号化のコスト（ＣＴ１）、
    ・上記空間モードの符号化のコスト（ＣＳ１）及び上記時間モードの符号化のコスト（ＣＴ１）の測定値に基づく、画像の空間的複雑さ及び時間的複雑さ、
    ・上記時間的複雑さの測定値と上記空間的複雑さの測定値との間の比を計算する手段と、
    −上記比を閾値レベル（ＮＳ）と比較する手段とを有しており、上記比によって取られた値は、上記比が上記閾値ＮＳよりも大きい場合にタイプＰの画像を選択させ、上記比が上記閾値ＮＳ以下である場合にタイプＢの画像を選択させる、
    ことを特徴とする前処理装置。
  2. 上記解析回路は、シーンの変化及び冗長フレームを検出する手段を有しており、上記コマンド（ＩＮＦ１）を計算する上記手段が、上記シーンの変化及び冗長フレームを検出する手段からの信号に基づいて上記コマンド（ＩＮＦ１）を計算する、ことを特徴とする請求項１記載の前処理装置。
  3. 上記時間モードの符号化のコスト（ＣＴ１）を測定する手段は、参照画像を収容する画像メモリと、上記読み出された現在の画像と上記参照画像との間の差を取ることができる差分器とからなることを特徴とする請求項２記載の前処理装置。
  4. 上記時間モードの符号化のコスト（ＣＴ１）を測定する手段は、参照画像を収容する画像メモリと、上記読み出された現在の画像と上記参照画像とに基づいて予測画像を作成し得る動き評価器と、上記読み出された現在の画像と上記動き評価器からの予測画像との間の差を取ることができる差分器とからなることを特徴とする請求項２記載の前処理装置。
  5. タイプＰの画像又はタイプＩの画像として符号化されるべきことを必要とする画像を参照画像として上記参照画像を収容する画像メモリに入れることができるコマンド（ＣＴＲＬ３）を供給する手段を更に有することを特徴とする請求項３乃至４のうちいずれか１項記載の前処理装置。
  6. 当該前処理装置が、上記シーンの変化及び冗長フレームを検出する手段と並列に設けられたノイズレベル測定装置を有しており、
    画像のグループを構成する全画像を記憶する上記画像メモリは、第１の画像メモリ及び第２の画像メモリを含んでおり、
    当該前処理装置が、上記第１の画像メモリの出力に接続された入力、及び、上記第２の画像メモリの入力に接続された出力を有するノイズ除去器とを更に有する、
    請求項２乃至５のうちいずれか１項記載の前処理装置。
  7. 画像を符号化する処理回路を有し、ＭＰＥＧ２ビデオ標準に準拠して画像を符号化する装置において、
    請求項１乃至６のうちいずれか１項記載の画像の前処理装置を有し、
    上記画像を符号化する処理回路が、上記前処理装置によって発生されたキューに従って画像を符号化するよう構成されている、
    ことを特徴とする符号化装置。
  8. ＭＰＥＧ２ビデオ標準に準拠したｎ台の符号化装置と、ビットレート割付手段と、上記符号化装置から出るビデオデータに同一放送チャネル（Ｋ）を共用させるマルチプレクサとからなるビデオデータ動的ビットレート割付システムであって、
    少なくとも１台の符号化装置は請求項７記載の符号化装置であり、
    上記前処理装置から出る上記処理回路のコマンドを発生させるため使用される上記キュー（ＩＮＦ１，ＩＮＦ２）は、上記ビットレート割付手段に供給されることを特徴とするシステム。
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